dotnet 对指针转换为结构体多个不同方法的性能分析

Posted 2021-09-30 lindexi_gd

在 dotnet 里面，拿到一个指针，可以有多个不同的方法转换为结构体，本文将来告诉大家这几个方法的性能的差别

特别感谢性能优化狂魔 Stephen Toub 大佬的指导

在 WPF 框架开发中，有小伙伴 ThomasGoulet73 问 Stephen Toub 大佬关于从指针转换为结构体的性能差别，请看 https://github.com/dotnet/wpf/pull/4917#discussion_r690587610

此时 Stephen Toub 大佬给出的性能测试如下

通过 Cast 转换的性能是最佳的，但是需要用上不安全代码，使用的时候也有很多注意的事项。而采用 Marshal 的 PtrToStructure 有两个重载的方法，一个是泛型的，一个是非泛型的，测试代码如下

using BenchmarkDotNet.Attributes;
using BenchmarkDotNet.Running;
using System;
using System.Runtime.InteropServices;

[MemoryDiagnoser]
public class Program
{
    public static void Main(string[] args) => BenchmarkSwitcher.FromAssembly(typeof(Program).Assembly).Run(args);

    private IntPtr _ptr;

    [GlobalSetup]
    public unsafe void Setup() => _ptr = Marshal.AllocHGlobal(sizeof(MyPoint));

    [GlobalCleanup]
    public void Cleanup() => Marshal.FreeHGlobal(_ptr);

    [Benchmark]
    public unsafe MyPoint Cast() => *(MyPoint*)_ptr; // 0.0477ns

    [Benchmark]
    public MyPoint PtrToStructureGeneric() => Marshal.PtrToStructure<MyPoint>(_ptr); // 26.2864ns

    [Benchmark]
    public MyPoint PtrToStructureNonGeneric() => (MyPoint)Marshal.PtrToStructure(_ptr, typeof(MyPoint)); // 28.2225ns
}

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
public struct MyPoint
{
    public int X;
    public int Y;
}

在 Stephen Toub 大佬的建议是，虽然 Cast 方法，通过不安全代码指针转换的方法的性能足够好，如上面测试 只需 0.0477 纳秒，但是只有在类型是 blittable（可直接复制到本机结构中的类型）的时候才适合用强转的方式。否则还是需要使用 Marshal 的方法处理封送

一个有趣的事情是 PtrToStructure 的泛型的和非泛型的方法实现基本一致，如下面代码

        public static object? PtrToStructure(IntPtr ptr, Type structureType)
        {
            // Ignore some code ...
            object structure = Activator.CreateInstance(structureType, nonPublic: true)!;
            PtrToStructureHelper(ptr, structure, allowValueClasses: true);
            return structure;
        }

        public static T? PtrToStructure<T>(IntPtr ptr)
        {
            // Ignore some code ...
            object structure = Activator.CreateInstance(structureType, nonPublic: true)!;
            PtrToStructureHelper(ptr, structure, allowValueClasses: true);
            return (T)structure;
        }

可以看到泛型的版本其实就是强转一下返回而已

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