8

Недавно рефаторил проект, делал универсальные методы, абстракции в аргументах вместо конкретных типов, и заметил, что производительность приложения незначительно упала. Начал копать, добрался до того, что виноват во всём цикл foreach.

Кажется, foreach оптимизирован для массива. Решил протестировать.

Вот 2 совершенно одинаковых метода, исходные данные - один и тот же массив. Разница только в сигнатуре.

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var result = BenchmarkRunner.Run<ForeachBenchmarks>();
        Console.ReadKey();
    }
}

[MemoryDiagnoser]
public class ForeachBenchmarks
{
    private readonly int[] _numbers = Enumerable.Repeat(1, 1000000).ToArray();
    public IEnumerable<int[]> Numbers { get { yield return _numbers; } }

    [Benchmark]
    [ArgumentsSource(nameof(Numbers))]
    public int SumArray(int[] numbers)
    {
        int sum = 0;
        foreach (int n in numbers)
            sum += n;
        return sum;
    }

    [Benchmark]
    [ArgumentsSource(nameof(Numbers))]
    public int SumIEnumerable(IEnumerable<int> numbers)
    {
        int sum = 0;
        foreach (int n in numbers)
            sum += n;
        return sum;
    }
}

И правда оптимизирован:

BenchmarkDotNet=v0.13.0, OS=Windows 10.0.19043.1081 (21H1/May2021Update)
Intel Core i7-4700HQ CPU 2.40GHz (Haswell), 1 CPU, 8 logical and 4 physical cores
.NET SDK=5.0.301
  [Host]     : .NET 5.0.7 (5.0.721.25508), X64 RyuJIT
  DefaultJob : .NET 5.0.7 (5.0.721.25508), X64 RyuJIT
Method numbers Mean Error StdDev Gen 0 Gen 1 Gen 2 Allocated
SumArray Int32[1000000] 468.9 us 1.84 us 1.44 us - - - -
SumIEnumerable Int32[1000000] 5,808.0 us 44.16 us 39.15 us - - - 32 B

Объясните пожалуйста, почему foreach в 10 раз медленнее, если использовать интерфейс IEnumerable<T> для массива, чем если использовать T[]?

UPD: Провел тесты для List<int> и для ReadOnlySpan<int>. Для списка foreach такой же по производительности, как для IEnumerable<T>, а для спана такой же как для массива.

12
  • 1
    Потому что больше кода генерируется? Дополнительные объекты, вызовы методов. А если явно известно что на входе массив, то используется оптимизированная версия с обращением по индексу sharplab.io/… 17 июл 2021 в 21:36
  • 2
    Он как-то, получается, оптимизирован для массивов чтоли, или мне кажется? - именно так, если foreach применяется к массиву, msil соответствует обычному for
    – Grundy
    17 июл 2021 в 21:41
  • 2
    @Grundy зато там ничего не сказано про foreach для IEnumerable. Там больше разбор foreach в сравнении с циклом for, а не с самим собой для разных типов коллекций.
    – aepot
    17 июл 2021 в 22:24
  • 1
    @AlexanderPetrov я думаю, что в при компиляции неизвестно какой тип у коллекции, поэтому генерится с итератором. С другой стороны могли бы проверку типа коллекции вынести в рантайм. Кода бы стало больше конечно, но мне кажется работало бы быстрее. Да и логично это. Я думаю для листа не оптимизировали только потому что не знают как бросить Collection was modified при работе через индексаторы.
    – aepot
    18 июл 2021 в 15:37
  • 1
    @AlexanderPetrov, Открыли бы Мелкомягкие доступ к изменению компилятора, энтузиасты давно бы сделали такие оптимизации — открыто же. Но нельзя просто так завязаться, например, на IList, потому что внутри может быть что угодно. '@aepot, при явном указании IList оптимизации все равно нет. Контракт foreach нельзя нарушать, я могу написать реализацию IList, которая будет бросать исключение при обращении к индексатору, но при этом нормально работать с GetEnumerator().MoveNext() и foreach должен работать! 20 июл 2021 в 11:09

1 ответ 1

9

Потому что когда явно известно что на входе массив, компилятор может позволить себе оптимизацию и сгенерировать код, который просто будет обращаться по индексу, что очень быстро. В случае же с IEnumerable приходится действовать как положено — с созданием итератора, вызовом его методов и т.д., что дает дополнительную константу в O(n), которую ваш тест и показал.

Для сравнения, код на выходе примерно соответствует такому:

public int SumArray(int[] numbers)
{
    int num = 0;
    int num2 = 0;
    while (num2 < numbers.Length)
    {
        int num3 = numbers[num2];
        num += num3;
        num2++;
    }
    return num;
}

public int SumIEnumerable(IEnumerable<int> numbers)
{
    int num = 0;
    IEnumerator<int> enumerator = numbers.GetEnumerator();
    try
    {
        while (enumerator.MoveNext())
        {
            int current = enumerator.Current;
            num += current;
        }
    }
    finally
    {
        if (enumerator != null)
        {
            enumerator.Dispose();
        }
    }
    return num;
}

Подсмотрено здесь

Ваш ответ

By clicking “Отправить ответ”, you agree to our terms of service and acknowledge that you have read and understand our privacy policy and code of conduct.

Всё ещё ищете ответ? Посмотрите другие вопросы с метками или задайте свой вопрос.