我刚刚写了一个小例子来检查 C# 的优化器在索引器的情况下如何表现。这个例子很简单——我只是将一个数组包装在一个类中并尝试填充它的值：一次直接，一次通过索引器（它在内部访问数据的方式与直接解决方案完全相同）。
public class ArrayWrapper
{
public ArrayWrapper(int newWidth, int newHeight)
{
width = newWidth;
height = newHeight;
data = new int[width * height];
}
public int this[int x, int y]
{
get
{
return data[y * width + x];
}
set
{
data[y * width + x] = value;
}
}
public readonly int width, height;
public readonly int[] data;
}
public class Program
{
public static void Main(string[] args)
{
ArrayWrapper bigArray = new ArrayWrapper(15000, 15000);
Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
stopwatch.Start();
for (int y = 0; y < bigArray.height; y++)
for (int x = 0; x < bigArray.width; x++)
bigArray.data[y * bigArray.width + x] = 12;
stopwatch.Stop();
Console.WriteLine(String.Format("Directly: {0} ms", stopwatch.ElapsedMilliseconds));
stopwatch.Restart();
for (int y = 0; y < bigArray.height; y++)
for (int x = 0; x < bigArray.width; x++)
bigArray[x, y] = 12;
stopwatch.Stop();
Console.WriteLine(String.Format("Via indexer: {0} ms", stopwatch.ElapsedMilliseconds));
Console.ReadKey();
}
}
许多 SO 帖子告诉我，程序员应该高度信任优化器来完成它的工作。但在这种情况下，结果非常令人惊讶：
Directly: 1282 ms
Via indexer: 2134 ms
（在发布配置中编译并进行了优化，我仔细检查了）。
这是一个巨大的差异 - 绝不是统计错误（它既可扩展又可重复）。
这是一个非常令人不快的惊喜：在这种情况下，我希望编译器内联索引器（它甚至不包括任何范围检查），但它没有这样做。这是反汇编（注意，我的评论是对正在发生的事情的猜测）：
直接的
bigArray.data[y * bigArray.width + x] = 12;
000000a2 mov eax,dword ptr [ebp-3Ch] // Evaluate index of array
000000a5 mov eax,dword ptr [eax+4]
000000a8 mov edx,dword ptr [ebp-3Ch]
000000ab mov edx,dword ptr [edx+8]
000000ae imul edx,dword ptr [ebp-10h]
000000b2 add edx,dword ptr [ebp-14h] // ...until here
000000b5 cmp edx,dword ptr [eax+4] // Range checking
000000b8 jb 000000BF
000000ba call 6ED23CF5 // Throw IndexOutOfRange
000000bf mov dword ptr [eax+edx*4+8],0Ch // Assign value to array
通过索引器
bigArray[x, y] = 12;
0000015e push dword ptr [ebp-18h] // Push x and y
00000161 push 0Ch // (prepare parameters)
00000163 mov ecx,dword ptr [ebp-3Ch]
00000166 mov edx,dword ptr [ebp-1Ch]
00000169 cmp dword ptr [ecx],ecx
0000016b call dword ptr ds:[004B27DCh] // Call the indexer
(...)
data[y * width + x] = value;
00000000 push ebp
00000001 mov ebp,esp
00000003 sub esp,8
00000006 mov dword ptr [ebp-8],ecx
00000009 mov dword ptr [ebp-4],edx
0000000c cmp dword ptr ds:[004B171Ch],0 // Some additional checking, I guess?
00000013 je 0000001A
00000015 call 6ED24648
0000001a mov eax,dword ptr [ebp-8] // Evaluating index
0000001d mov eax,dword ptr [eax+4]
00000020 mov edx,dword ptr [ebp-8]
00000023 mov edx,dword ptr [edx+8]
00000026 imul edx,dword ptr [ebp+0Ch]
0000002a add edx,dword ptr [ebp-4] // ...until here
0000002d cmp edx,dword ptr [eax+4] // Range checking
00000030 jb 00000037
00000032 call 6ED23A5D // Throw IndexOutOfRange exception
00000037 mov ecx,dword ptr [ebp+8]
0000003a mov dword ptr [eax+edx*4+8],ecx // Actual assignment
}
0000003e nop
0000003f mov esp,ebp
00000041 pop ebp
00000042 ret 8 // Returning
这完全是一场灾难（就代码优化而言）。所以我的问题是：
- 为什么这段代码（实际上很简单）没有得到适当的优化？
- 如何修改此代码，使其按我想要的方式进行优化（如果可能）？
- 程序员能否像依赖 C++ 的优化器一样依赖 C# 的优化器？
好的，我知道，最后一个很难回答。但是最近我读到了很多关于 C++ 性能的问题，并且对优化器能做多少感到惊讶（例如，完全内联std::tie、两个std::tuplector 和动态重载opeartor <）。
编辑：（回应评论）
看来，这实际上仍然是我的错，因为我在运行 IDE时检查了性能。现在，我从 IDE 中运行了相同的程序，并通过即时调试器附加到它。现在我得到：
直接的
bigArray.data[y * bigArray.width + x] = 12;
000000ae mov eax,dword ptr [ebp-10h]
000000b1 imul eax,edx
000000b4 add eax,ebx
000000b6 cmp eax,edi
000000b8 jae 000001FA
000000be mov dword ptr [ecx+eax*4+8],0Ch
索引器
bigArray[x, y] = 12;
0000016b mov eax,dword ptr [ebp-14h]
0000016e imul eax,edx
00000171 add eax,ebx
00000173 cmp eax,edi
00000175 jae 000001FA
0000017b mov dword ptr [ecx+eax*4+8],0Ch
这些代码完全相同（就 CPU 指令而言）。运行后，索引器版本比直接版本获得了更好的结果，但只是（我猜）因为缓存。将测试放入循环后，一切恢复正常：
Directly: 573 ms
Via indexer: 353 ms
Directly: 356 ms
Via indexer: 362 ms
Directly: 351 ms
Via indexer: 370 ms
Directly: 351 ms
Via indexer: 354 ms
Directly: 359 ms
Via indexer: 356 ms
出色地; 学过的知识。即使在 Release 模式下编译，程序是在 IDE 中运行还是在 Standalone 中运行都有很大的不同。感谢@harold 的想法。