C# 程式碼效能優化舉例

WildPeak發表於2022-01-20
C#優化

普通人如果說什麼事情慢，指的是 5 分鐘，10 分鐘，或者 1 個小時、2 個小時。而程式設計師要說什麼事情慢，他們指的是 2 納秒。

 

每個納秒對程式設計師來說都是非常寶貴的，所以，要對程式碼進行優化，優化，再優化，每個納秒都不要浪費。

在 C# 程式中，完成一件任務通常都有若干種方法，但這些方法之間是存在一些差異的，特別是效能上的差異。本文嘗試著舉幾個例子來說明這種差異。

 

1. 裝箱還是不裝箱（to box or not to box）

一般來說，值型別的資料都是在棧上操作的，而引用型別的資料都是在堆上的，而當值型別需要作為引用型別操作時，都要先對值型別資料進行裝箱，使其變為引用型別。但裝箱操作是一個成本很高的操作，要儘量避免使用。如對於如下程式碼：

static string GetArrayInfo(Array a)
{
    string s = $"An array with {a.Length} elements.";
    return s;
}

其中，a.Length 是一個整型的值型別變數，與字串混合在一起時，需要進行裝箱操作。可改為如下程式碼以避免裝箱操作：

static string GetArrayInfo(Array a)
{
    string s = "An array with " + a.Length.ToString() + " elements.";
    return s;
}

 

2. 構造字串（building strings） 

構造字串，可以使用 StringBuilder，也可以直接用 + 操作符（編譯為對 Concat() 方法的呼叫）連線字串。一般來說，使用 StringBuilder 是一種高效能的字串構造方案，但也不盡然，尤其是 StringBuilder 的 AppendFormat() 方法，成本很高，應儘量避免使用。舉例如下。

static string Greeting(string name)
{
    StringBuilder sb = new();
    _ = sb.AppendFormat("Hello, {0}", name ?? "null");
    return sb.ToString();
}

下面的程式碼使用 Append() 方法構造字串：

static string Greeting(string name)
{
    StringBuilder sb = new();
    _ = sb.Append("Hello, ");
    _ = sb.Append(name ?? "null");
    return sb.ToString();
}

最後，我們用 + 操作符（Concat() 方法）構造同樣的字串：

static string Greeting(string name)
{
    return "Hello, " + name ?? "null";
}

經過實測，+ 操作符方法（Concat() 方法）效能最好，StringBuilder 的 Append() 次之，AppendFormat() 最差。

 

3. 型別轉換（type conversion）

如將一個數字字串轉換為整型數，一般有三種方法實現轉換：

// 方法1：
_ = int.TryParse("123", out int n);

// 方法2：
int n = int.Parse("123");

// 方法3：
int n = Convert.ToInt32("123");

這三種方法都可以。從安全性上講，int.TryParse() 最安全，從效能上說，則 Convert.ToInt32() 最好（但也相差不大）。如果能確定輸入字串的合法性，則儘量使用 Convert.ToInt32() 方法，反之，則使用 int.TryParse() 以避免丟擲異常。

 

以上三個例項的實測資料如下圖所示，這是經過 100 次迴圈，每次迴圈執行 1000000 次呼叫，經過平均後得出的結果。

 

提高程式的執行效能，除了選用高效能的硬體（高效能CPU、記憶體、硬碟等）之外，在軟體上也要下功夫進行優化。優化涉及的方面很多，程式碼優化是其中很重要的環節。本文從“黑盒”角度舉了幾個例子並進行實際測試，以揭示不同方法的實現效能。

 

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