三元运算符比if-else语句块慢两倍？
三元运算符比if-else语句块慢两倍？
我在各个地方都看到三元运算符应该比它等价的if-else块更快，或者至少是一样快。
然而，我进行了以下测试，发现情况并非如此：
Random r = new Random();
int[] array = new int[20000000];
for(int i = 0; i < array.Length; i++) { array[i] = r.Next(int.MinValue, int.MaxValue); } Array.Sort(array); long value = 0; DateTime begin = DateTime.UtcNow; foreach (int i in array) { if (i > 0)
{
value += 2;
}
else
{
value += 3;
}
// if-else block above takes on average 85 ms
// OR I can use a ternary operator:
// value += i > 0 ? 2 : 3; // takes 157 ms
}
DateTime end = DateTime.UtcNow;
MessageBox.Show("Measured time: " + (end-begin).TotalMilliseconds + " ms.\r\nResult = " + value.ToString());
我的电脑用了85毫秒来运行上面的代码。但是，如果我将if-else块注释掉，并取消三元运算符行的注释，它将需要大约157毫秒。
为什么会这样？
admin 更改状态以发布 2023年5月21日
编辑：所有变更请参见下文。
我无法在x64 CLR上重现你的结果，但在x86上可以。在x64上，我可以看到条件运算符和if / else之间存在较小的差异（小于10％），但比你所看到的要小得多。
我已经进行了以下潜在的改变：
- 在控制台应用程序中运行
- 使用
/o+ /debug-进行构建，并在调试器外运行 - 先运行代码片段以进行JIT，然后进行多次以获得更准确的结果
- 使用
Stopwatch
使用/platform:x64进行的结果（不包括“ignore”行）：
if/else with 1 iterations: 17ms conditional with 1 iterations: 19ms if/else with 1000 iterations: 17875ms conditional with 1000 iterations: 19089ms
使用/platform:x86进行的结果（不包括“ignore”行）：
if/else with 1 iterations: 18ms conditional with 1 iterations: 49ms if/else with 1000 iterations: 17901ms conditional with 1000 iterations: 47710ms
我的系统详细信息：
- x64 i7-2720QM CPU @2.20GHz
- 64位Windows 8
- .NET 4.5
所以与以前不同，我认为你看到了一个真正的差异，这都是由于x86 JIT所导致的。我不想准确说出是什么导致了这种差异 - 如果我能懒得进入cordbg，则稍后可能会在帖子中更新更多详细信息：）
有趣的是，在没有先对数组进行排序的情况下，我最终得到的测试要花费大约4.5倍的时间，至少在x64上是如此。我猜想这与分支预测有关。
代码：
using System;
using System.Diagnostics;
class Test
{
static void Main()
{
Random r = new Random(0);
int[] array = new int[20000000];
for(int i = 0; i < array.Length; i++)
{
array[i] = r.Next(int.MinValue, int.MaxValue);
}
Array.Sort(array);
// JIT everything...
RunIfElse(array, 1);
RunConditional(array, 1);
// Now really time it
RunIfElse(array, 1000);
RunConditional(array, 1000);
}
static void RunIfElse(int[] array, int iterations)
{
long value = 0;
Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
for (int x = 0; x < iterations; x++)
{
foreach (int i in array)
{
if (i > 0)
{
value += 2;
}
else
{
value += 3;
}
}
}
sw.Stop();
Console.WriteLine("if/else with {0} iterations: {1}ms",
iterations,
sw.ElapsedMilliseconds);
// Just to avoid optimizing everything away
Console.WriteLine("Value (ignore): {0}", value);
}
static void RunConditional(int[] array, int iterations)
{
long value = 0;
Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
for (int x = 0; x < iterations; x++)
{
foreach (int i in array)
{
value += i > 0 ? 2 : 3;
}
}
sw.Stop();
Console.WriteLine("conditional with {0} iterations: {1}ms",
iterations,
sw.ElapsedMilliseconds);
// Just to avoid optimizing everything away
Console.WriteLine("Value (ignore): {0}", value);
}
}
为了回答这个问题，我们将检查X86和X64 JIT为每个情况生成的汇编代码。
X86，if/then
32: foreach (int i in array)
0000007c 33 D2 xor edx,edx
0000007e 83 7E 04 00 cmp dword ptr [esi+4],0
00000082 7E 1C jle 000000A0
00000084 8B 44 96 08 mov eax,dword ptr [esi+edx*4+8]
33: {
34: if (i > 0)
00000088 85 C0 test eax,eax
0000008a 7E 08 jle 00000094
35: {
36: value += 2;
0000008c 83 C3 02 add ebx,2
0000008f 83 D7 00 adc edi,0
00000092 EB 06 jmp 0000009A
37: }
38: else
39: {
40: value += 3;
00000094 83 C3 03 add ebx,3
00000097 83 D7 00 adc edi,0
0000009a 42 inc edx
32: foreach (int i in array)
0000009b 39 56 04 cmp dword ptr [esi+4],edx
0000009e 7F E4 jg 00000084
30: for (int x = 0; x < iterations; x++)
000000a0 41 inc ecx
000000a1 3B 4D F0 cmp ecx,dword ptr [ebp-10h]
000000a4 7C D6 jl 0000007C
X86，三元运算符
59: foreach (int i in array)
00000075 33 F6 xor esi,esi
00000077 83 7F 04 00 cmp dword ptr [edi+4],0
0000007b 7E 2D jle 000000AA
0000007d 8B 44 B7 08 mov eax,dword ptr [edi+esi*4+8]
60: {
61: value += i > 0 ? 2 : 3;
00000081 85 C0 test eax,eax
00000083 7F 07 jg 0000008C
00000085 BA 03 00 00 00 mov edx,3
0000008a EB 05 jmp 00000091
0000008c BA 02 00 00 00 mov edx,2
00000091 8B C3 mov eax,ebx
00000093 8B 4D EC mov ecx,dword ptr [ebp-14h]
00000096 8B DA mov ebx,edx
00000098 C1 FB 1F sar ebx,1Fh
0000009b 03 C2 add eax,edx
0000009d 13 CB adc ecx,ebx
0000009f 89 4D EC mov dword ptr [ebp-14h],ecx
000000a2 8B D8 mov ebx,eax
000000a4 46 inc esi
59: foreach (int i in array)
000000a5 39 77 04 cmp dword ptr [edi+4],esi
000000a8 7F D3 jg 0000007D
57: for (int x = 0; x < iterations; x++)
000000aa FF 45 E4 inc dword ptr [ebp-1Ch]
000000ad 8B 45 E4 mov eax,dword ptr [ebp-1Ch]
000000b0 3B 45 F0 cmp eax,dword ptr [ebp-10h]
000000b3 7C C0 jl 00000075
X64，if/then
32: foreach (int i in array)
00000059 4C 8B 4F 08 mov r9,qword ptr [rdi+8]
0000005d 0F 1F 00 nop dword ptr [rax]
00000060 45 85 C9 test r9d,r9d
00000063 7E 2B jle 0000000000000090
00000065 33 D2 xor edx,edx
00000067 45 33 C0 xor r8d,r8d
0000006a 4C 8B 57 08 mov r10,qword ptr [rdi+8]
0000006e 66 90 xchg ax,ax
00000070 42 8B 44 07 10 mov eax,dword ptr [rdi+r8+10h]
33: {
34: if (i > 0)
00000075 85 C0 test eax,eax
00000077 7E 07 jle 0000000000000080
35: {
36: value += 2;
00000079 48 83 C5 02 add rbp,2
0000007d EB 05 jmp 0000000000000084
0000007f 90 nop
37: }
38: else
39: {
40: value += 3;
00000080 48 83 C5 03 add rbp,3
00000084 FF C2 inc edx
00000086 49 83 C0 04 add r8,4
32: foreach (int i in array)
0000008a 41 3B D2 cmp edx,r10d
0000008d 7C E1 jl 0000000000000070
0000008f 90 nop
30: for (int x = 0; x < iterations; x++)
00000090 FF C1 inc ecx
00000092 41 3B CC cmp ecx,r12d
00000095 7C C9 jl 0000000000000060
X64，三元运算符
59: foreach (int i in array)
00000044 4C 8B 4F 08 mov r9,qword ptr [rdi+8]
00000048 45 85 C9 test r9d,r9d
0000004b 7E 2F jle 000000000000007C
0000004d 45 33 C0 xor r8d,r8d
00000050 33 D2 xor edx,edx
00000052 4C 8B 57 08 mov r10,qword ptr [rdi+8]
00000056 8B 44 17 10 mov eax,dword ptr [rdi+rdx+10h]
60: {
61: value += i > 0 ? 2 : 3;
0000005a 85 C0 test eax,eax
0000005c 7F 07 jg 0000000000000065
0000005e B8 03 00 00 00 mov eax,3
00000063 EB 05 jmp 000000000000006A
00000065 B8 02 00 00 00 mov eax,2
0000006a 48 63 C0 movsxd rax,eax
0000006d 4C 03 E0 add r12,rax
00000070 41 FF C0 inc r8d
00000073 48 83 C2 04 add rdx,4
59: foreach (int i in array)
00000077 45 3B C2 cmp r8d,r10d
0000007a 7C DA jl 0000000000000056
57: for (int x = 0; x < iterations; x++)
0000007c FF C1 inc ecx
0000007e 3B CD cmp ecx,ebp
00000080 7C C6 jl 0000000000000048
首先：为什么X86代码比X64慢那么多？
这是由于代码的以下特征导致的：
- X64有几个额外的寄存器可用，并且每个寄存器都是64位的。这使得X64 JIT可以使用寄存器完全执行内部循环，除了从数组加载i之外，而X86 JIT在循环中放置了几个堆栈操作（内存访问）。
value是一个64位整数，这需要在X86上使用2条机器指令（add后跟adc），但在X64上只需要1条（add）。
其次：为什么三元运算符在X86和X64上都较慢？
这是由于操作顺序的微小差异影响了JIT的优化器。为了JIT三元运算符，JIT不直接在add机器指令中编写2和3，而是创建一个中间变量（在寄存器中）来保存结果。然后将该寄存器从32位扩展为64位，然后将其加到value中。由于所有这些都在X64的寄存器中执行，尽管三元运算符的复杂性显着增加，但净影响在一定程度上得到了缩小。
另一方面，X86 JIT受到更大影响，因为在内部循环中添加新的中间值会导致溢出另一个值，从而导致内部循环中至少增加2个内存访问（请参见X86三元代码中的对[ebp-14h]的访问）。