C# 程序性能提升篇-1、装箱和拆箱,枚举的ToString浅析

时间:2022-08-30 16:04:04

前景提要:

  编写程序时,也许你不经意间,就不知不觉的使程序代码,发生了装箱和拆箱,从而降低了效率,不要说就发生那么一次两次,如果说是程序中发生了循环、网络程序(不断请求处理的)等这些时候,减少装箱和拆箱,是优化程序提高效率的一种途径。不仅跬步,无以至千里,不积小流,无以至江河。优化从点点滴滴做起。

一、装箱拆箱概念:

  这里是官方定义:http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/yz2be5wk.aspx

  装箱:值类型→引用类型

  拆箱:引用类型→值类型

二、为什么说装箱,拆箱消耗资源(内存、cpu)?

  2.1 图说装箱、拆箱

    C# 程序性能提升篇-1、装箱和拆箱,枚举的ToString浅析                     C# 程序性能提升篇-1、装箱和拆箱,枚举的ToString浅析

    说明:装箱。值类型存放于内存栈上,引用类型存放于内存对上。如果将已定义好的值类型(栈上的数据)修改至引用类型(堆上),

  2.2 图文说 装箱过程

    值类型存储(没有堆什么事):                             引用类型存储(栈中存储的是,堆中对象的地址,堆中是实际对象)

    C# 程序性能提升篇-1、装箱和拆箱,枚举的ToString浅析       C# 程序性能提升篇-1、装箱和拆箱,枚举的ToString浅析

    这时如果,将值类型变成引用类型,存储的位置发生变化,发生了装箱,而且为了拆箱,现在引用类型的存储模式也不仅仅是以上引用类型的存储模型了,值类型的类型也会进行相应的存储,以方便在拆箱时候,转换成相应装箱时的类型。

    这样可以看出,装箱,其实比你直接定义成一个引用类型,给家消耗了内存,以及增加了计算量(消耗了cpu)。这是原理级别的解释,跟深入的,我也不太清除。只能分析到CLR这一步。

三、浅谈ToString()

  估计大家都知道,C#所有的类型基类(父类)均是Object,而Object中,提供的能叫子类继承的方法就那么几个,virtual 的ToString就是其中之一,所以说,c#中所有的类型均有这个ToString方法。下面就浅谈一下ToString方法在装箱拆箱中的一二。

  3.1 针对普通值类型

    以Int32为例(Struct)

      int a=123;       string b=a.ToString();

        请问这是发生装箱了吗?

      答:值类型→引用类型,oh,装箱!!

      解答:只单纯的看装箱定义,这确实符合装箱的定义。但是,别忘记了ToString是基类的虚方法,子类是否对其有重写。

        int 的 户口祖籍

        int(C#语言)→Int32(CLR,oh是个结构,struct)

          →extends System.ValueType(查看IL代码,发现了)→extends System.Object(这是终极祖宗啊!这里有ToString啊)

        这是Int32中对ToString方法的重写:

            public override string ToString() { return Number.FormatInt32(this, null, NumberFormatInfo.CurrentInfo);}

        接下来就是内部的实现了,我去,看不到了啊?怎么办?

      对了编写代码,查看IL代码。

      C# 程序性能提升篇-1、装箱和拆箱,枚举的ToString浅析

      可以看出这里没有发生装箱啊!具体的深入内部实现可以借助反编译工具,查看,如ILSpy、reflecter、ILdasm等。

  

  3.2枚举类型

    那么所有的值类型是不是使用Tostring方法,均不涉及装箱操作呢?这个也不尽然,可是尝试一下枚举类型。

    枚举类型,是一个值类型。

    示例:

      enum TestEnum { Test1, Test2   }

      string test = TestEnum.Test1.ToString(); //这句话是否发生装箱操作

  

    3.2.1 内部原理

      首先查看枚举中的ToString方法,这里重写了ToString方法

      public override string ToString() { return InternalFormat((RuntimeType) base.GetType(), this.GetValue());}

      查看InternalFormat方法的实现

        private static string InternalFormat(RuntimeType eT, object value)         {             if (eT.IsDefined(typeof(FlagsAttribute), false))             {                 return InternalFlagsFormat(eT, value);             }             string name = GetName(eT, value);             if (name == null)             {                 return value.ToString();             }             return name;         }

  

      通过查看可知eT.IsDefined(typeof(FlagsAttribute), false)、GetName(),这里使用了反射,可能会有性能的损失,但是不会有装箱操作

       但GetName(eT,value),中的value参数是InternalFormat中的参数,这里的参数是object类型,

        而InternalFormat((RuntimeType) base.GetType(), this.GetValue())调用时,这里的使用了this.GetValue这个方法来传递这个object参数

       接下来查看 GetValue方法的实现啦

        C# 程序性能提升篇-1、装箱和拆箱,枚举的ToString浅析

      可以看出关于这个GetValue方法中发生了,装箱操作,return  (bool) *(((sbyte*) ptrRef)); 这个一个值类型,而GetValue需要的返回值是:Object类型

    结论,枚举中重写的ToString方法不仅使用到了装箱操作,而且还是用到了大量的反射。

    综上所述,使用枚举时,只是针对值类型操作,增加几个常量状态switch-case,以及不涉及取出枚举定义的值(ToString)则是非常方便的,快速的。

      但是要是经常使用枚举的ToString取得枚举的定义值,则不建议使用。这里是非常不合时宜的。可以直接使用静态类代替即可(使用空间换取时间)

  3.3 分析网络大牛的技术博客

    原本装箱、拆箱感觉写的差不多了,但是看到网上那么多大牛、那么写感觉有点不合适啊!(不要被他们所谓的比较性能吓到哦)

    3.3.1 博客地址:http://www.cnblogs.com/XmNotes/archive/2010/09/18/1830355.html

      这是第一个:性能相差7千倍的ToString方法  的博客

      解说:看到标题,第一句想说的是,我靠!这么雷人啊。7千倍啊!

        但是一看代码你就知道他在干嘛了

          var day = DayOfWeek.Wednesday; //这可是枚举啊

          for (int i = 0; i < 1000000; i++)    {        value = day.ToString();    }

        百万级别的反射、装箱。你坑人呢吧,不说实际有没有这么百万级别的数量和这么频繁的操作,就说有你这么用的吗!

          一种是你直接返回一个值类型的星期,最后表现层给你转换一下,即使这里装箱、拆箱也就是这么一次两个,还能百万级别的刷啊!

          还有就是类似你的第二种,直接就是操作引用类型的,如果像你这样百万级别的在转换一下,弄成静态常量。 

       结论是:举例要以事实做依据,不要做不符合实际的事情。不同的方法、类库用于适合的场景。这里不仅仅反射会耗时,装箱操作也会造成资源的消耗C# 程序性能提升篇-1、装箱和拆箱,枚举的ToString浅析

 

前景提要:

  编写程序时,也许你不经意间,就不知不觉的使程序代码,发生了装箱和拆箱,从而降低了效率,不要说就发生那么一次两次,如果说是程序中发生了循环、网络程序(不断请求处理的)等这些时候,减少装箱和拆箱,是优化程序提高效率的一种途径。不仅跬步,无以至千里,不积小流,无以至江河。优化从点点滴滴做起。

一、装箱拆箱概念:

  这里是官方定义:http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/yz2be5wk.aspx

  装箱:值类型→引用类型

  拆箱:引用类型→值类型

二、为什么说装箱,拆箱消耗资源(内存、cpu)?

  2.1 图说装箱、拆箱

    C# 程序性能提升篇-1、装箱和拆箱,枚举的ToString浅析                     C# 程序性能提升篇-1、装箱和拆箱,枚举的ToString浅析

    说明:装箱。值类型存放于内存栈上,引用类型存放于内存对上。如果将已定义好的值类型(栈上的数据)修改至引用类型(堆上),

  2.2 图文说 装箱过程

    值类型存储(没有堆什么事):                             引用类型存储(栈中存储的是,堆中对象的地址,堆中是实际对象)

    C# 程序性能提升篇-1、装箱和拆箱,枚举的ToString浅析       C# 程序性能提升篇-1、装箱和拆箱,枚举的ToString浅析

    这时如果,将值类型变成引用类型,存储的位置发生变化,发生了装箱,而且为了拆箱,现在引用类型的存储模式也不仅仅是以上引用类型的存储模型了,值类型的类型也会进行相应的存储,以方便在拆箱时候,转换成相应装箱时的类型。

    这样可以看出,装箱,其实比你直接定义成一个引用类型,给家消耗了内存,以及增加了计算量(消耗了cpu)。这是原理级别的解释,跟深入的,我也不太清除。只能分析到CLR这一步。

三、浅谈ToString()

  估计大家都知道,C#所有的类型基类(父类)均是Object,而Object中,提供的能叫子类继承的方法就那么几个,virtual 的ToString就是其中之一,所以说,c#中所有的类型均有这个ToString方法。下面就浅谈一下ToString方法在装箱拆箱中的一二。

  3.1 针对普通值类型

    以Int32为例(Struct)

      int a=123;       string b=a.ToString();

        请问这是发生装箱了吗?

      答:值类型→引用类型,oh,装箱!!

      解答:只单纯的看装箱定义,这确实符合装箱的定义。但是,别忘记了ToString是基类的虚方法,子类是否对其有重写。

        int 的 户口祖籍

        int(C#语言)→Int32(CLR,oh是个结构,struct)

          →extends System.ValueType(查看IL代码,发现了)→extends System.Object(这是终极祖宗啊!这里有ToString啊)

        这是Int32中对ToString方法的重写:

            public override string ToString() { return Number.FormatInt32(this, null, NumberFormatInfo.CurrentInfo);}

        接下来就是内部的实现了,我去,看不到了啊?怎么办?

      对了编写代码,查看IL代码。

      C# 程序性能提升篇-1、装箱和拆箱,枚举的ToString浅析

      可以看出这里没有发生装箱啊!具体的深入内部实现可以借助反编译工具,查看,如ILSpy、reflecter、ILdasm等。

  

  3.2枚举类型

    那么所有的值类型是不是使用Tostring方法,均不涉及装箱操作呢?这个也不尽然,可是尝试一下枚举类型。

    枚举类型,是一个值类型。

    示例:

      enum TestEnum { Test1, Test2   }

      string test = TestEnum.Test1.ToString(); //这句话是否发生装箱操作

  

    3.2.1 内部原理

      首先查看枚举中的ToString方法,这里重写了ToString方法

      public override string ToString() { return InternalFormat((RuntimeType) base.GetType(), this.GetValue());}

      查看InternalFormat方法的实现

        private static string InternalFormat(RuntimeType eT, object value)         {             if (eT.IsDefined(typeof(FlagsAttribute), false))             {                 return InternalFlagsFormat(eT, value);             }             string name = GetName(eT, value);             if (name == null)             {                 return value.ToString();             }             return name;         }

  

      通过查看可知eT.IsDefined(typeof(FlagsAttribute), false)、GetName(),这里使用了反射,可能会有性能的损失,但是不会有装箱操作

       但GetName(eT,value),中的value参数是InternalFormat中的参数,这里的参数是object类型,

        而InternalFormat((RuntimeType) base.GetType(), this.GetValue())调用时,这里的使用了this.GetValue这个方法来传递这个object参数

       接下来查看 GetValue方法的实现啦

        C# 程序性能提升篇-1、装箱和拆箱,枚举的ToString浅析

      可以看出关于这个GetValue方法中发生了,装箱操作,return  (bool) *(((sbyte*) ptrRef)); 这个一个值类型,而GetValue需要的返回值是:Object类型

    结论,枚举中重写的ToString方法不仅使用到了装箱操作,而且还是用到了大量的反射。

    综上所述,使用枚举时,只是针对值类型操作,增加几个常量状态switch-case,以及不涉及取出枚举定义的值(ToString)则是非常方便的,快速的。

      但是要是经常使用枚举的ToString取得枚举的定义值,则不建议使用。这里是非常不合时宜的。可以直接使用静态类代替即可(使用空间换取时间)

  3.3 分析网络大牛的技术博客

    原本装箱、拆箱感觉写的差不多了,但是看到网上那么多大牛、那么写感觉有点不合适啊!(不要被他们所谓的比较性能吓到哦)

    3.3.1 博客地址:http://www.cnblogs.com/XmNotes/archive/2010/09/18/1830355.html

      这是第一个:性能相差7千倍的ToString方法  的博客

      解说:看到标题,第一句想说的是,我靠!这么雷人啊。7千倍啊!

        但是一看代码你就知道他在干嘛了

          var day = DayOfWeek.Wednesday; //这可是枚举啊

          for (int i = 0; i < 1000000; i++)    {        value = day.ToString();    }

        百万级别的反射、装箱。你坑人呢吧,不说实际有没有这么百万级别的数量和这么频繁的操作,就说有你这么用的吗!

          一种是你直接返回一个值类型的星期,最后表现层给你转换一下,即使这里装箱、拆箱也就是这么一次两个,还能百万级别的刷啊!

          还有就是类似你的第二种,直接就是操作引用类型的,如果像你这样百万级别的在转换一下,弄成静态常量。 

       结论是:举例要以事实做依据,不要做不符合实际的事情。不同的方法、类库用于适合的场景。这里不仅仅反射会耗时,装箱操作也会造成资源的消耗

    3.3.2 博客地址:http://www.cnblogs.com/yjmyzz/archive/2010/09/19/1830766.html

      这是第二个:也谈枚举ToString()性能的改进 的博客

      解说:我不理解楼主在干吗,你定义的静态类,在第一次使用的时候,就已经将枚举装到静态变量dictionary中了,常驻内存了,直到程序结束才推出。

          类似于你没事循环读取百万级别的一个静态变量啊!

         而使用枚举的ToString方法,是你在百万级别的反射、装箱数据啊!

        我晕啊!枚举是这样用,这样理解的吗?

        如果这几个定义你常用、百万级别读取的话,你能不能稍微浪费点内存啊!直接这样用啊(空间换取时间)

          public static class EnumLoginError
          {
          public static string 用户名不存在 { get{return "用户名不存在";}}
          public static string 密码错误 { get{return "密码错误";}}
          public static string 用户被锁定 { get{return "用户被锁定";}}
          public static string 未知错误 { get{return "未知错误";}}
          }       结论是:不要做画蛇添足的事情,对待事物要有怀疑精神。还是合适的工具做合适的活,合适的人做合适事情。 四、能够减少拆箱装箱,常用的替代类库   4.1 推荐使用泛型集合     命名空间System.Collections.Generic     List<T>类似于ArrayList,ArrayList的升级版。       各种方法:Sort()、Max()、Min()、Sum()…     Dictionary<K,V>类似于Hashtable,Hashtable的升级版。     T,K,V就像一把锁,锁住集合只能存某种特定的类型,这里的T,K,V也可以是其它字母

    3.3.2 博客地址:http://www.cnblogs.com/yjmyzz/archive/2010/09/19/1830766.html

      这是第二个:也谈枚举ToString()性能的改进 的博客

      解说:我不理解楼主在干吗,你定义的静态类,在第一次使用的时候,就已经将枚举装到静态变量dictionary中了,常驻内存了,直到程序结束才推出。

          类似于你没事循环读取百万级别的一个静态变量啊!

         而使用枚举的ToString方法,是你在百万级别的反射、装箱数据啊!

        我晕啊!枚举是这样用,这样理解的吗?

        如果这几个定义你常用、百万级别读取的话,你能不能稍微浪费点内存啊!直接这样用啊(空间换取时间)

          public static class EnumLoginError
          {
          public static string 用户名不存在 { get{return "用户名不存在";}}
          public static string 密码错误 { get{return "密码错误";}}
          public static string 用户被锁定 { get{return "用户被锁定";}}
          public static string 未知错误 { get{return "未知错误";}}
          }       结论是:不要做画蛇添足的事情,对待事物要有怀疑精神。还是合适的工具做合适的活,合适的人做合适事情。 四、能够减少拆箱装箱,常用的替代类库   4.1 推荐使用泛型集合     命名空间System.Collections.Generic     List<T>类似于ArrayList,ArrayList的升级版。       各种方法:Sort()、Max()、Min()、Sum()…     Dictionary<K,V>类似于Hashtable,Hashtable的升级版。     T,K,V就像一把锁,锁住集合只能存某种特定的类型,这里的T,K,V也可以是其它字母