C# 到 CIL 装箱与 ToString 成本

Posted 2023-04-13

【中文标题】C# 到 CIL 装箱与 ToString 成本

【英文标题】：C# to CIL Boxing vs. ToString Cost

【发布时间】：2015-05-13 18:37:54

【问题描述】：

我正在阅读《CLR via C#》（第 4 版）一书，不是作为 C# 的新手，而是作为一个了解该语言的人，试图提高我对 CLR 底层功能的掌握。

无论如何，在本书中给出了一个示例（pg127-131），该示例讨论了值类型的装箱/拆箱，该示例以对 Console.WriteLine 的调用结束，其中值类型连接到作为参数传递的字符串。

这本书解释了装箱和拆箱/复制操作会导致开销，我已经知道了，但随后说明可以通过在传入的值类型上运行 .ToString() 来优化示例。

我创建了一个示例程序并对其进行了编译，然后使用 ILDASM 检查它生成的 IL。带有 ToString 的版本本质上是相同的，但是用对 ToString 的“调用”替换了“box”指令（这并不令人震惊）。

我在 100000 次运行的循环中对代码进行了基准测试，没有任何区别（它会波动哪个更快）。我意识到在进行基准测试（缓存等）时还有其他因素会起作用，但是按照本书的解释，即使在幼稚的基准测试中，我也希望在避免“盒子”指令时看到显着的差异..

仅仅是调用一个函数不是更好吗？ ToString 中是否正在进行装箱操作，使好处无效并且这本书是错误的？有人可以对此有所了解吗？

作为参考，以下是两个 ILDASM 读数：

---

.method private hidebysig static void  Main(string[] args) cil managed

  .entrypoint
  // Code size       24 (0x18)
  .maxstack  2
  .locals init (int32 V_0)
  IL_0000:  ldc.i4.4
  IL_0001:  stloc.0
  IL_0002:  ldloc.0
  IL_0003:  box        [mscorlib]System.Int32
  IL_0008:  ldstr      "."
  IL_000d:  call       string [mscorlib]System.String::Concat(object,
                                                              object)
  IL_0012:  call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
  IL_0017:  ret
 // end of method Program::Main

---

.method private hidebysig static void  Main(string[] args) cil managed

  .entrypoint
  // Code size       25 (0x19)
  .maxstack  2
  .locals init (int32 V_0)
  IL_0000:  ldc.i4.4
  IL_0001:  stloc.0
  IL_0002:  ldloca.s   V_0
  IL_0004:  call       instance string [mscorlib]System.Int32::ToString()
  IL_0009:  ldstr      "."
  IL_000e:  call       string [mscorlib]System.String::Concat(string,
                                                              string)
  IL_0013:  call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
  IL_0018:  ret
 // end of method Program::Main

【问题讨论】：

看反汇编窗口，看看x86汇编代码有什么区别。

【参考方案1】：

CLR 可能会内联对string.Concat(object,object) 的调用，这会产生与您的“优化”版本相同的代码。请注意，C# 编译器会将很多此类优化留给 CLR，因为它有更好的工具来执行这些优化。

除了几个空检查（将被优化）之外，它只调用string.Concat(left.ToString(),right.ToString())，这将被简化为string.Concat(left,right.ToString())，因为CLR 会看到ToString() 只返回this。

因此，两种情况下的执行代码可能相同。

【讨论】：

有道理 - 我过于关注 IL。

【参考方案2】：

您错过了这样一个事实，即String.Concat 将在内部提供object 参数上调用ToString：

public static String Concat(Object arg0, Object arg1) 
    Contract.Ensures(Contract.Result<String>() != null);
    Contract.EndContractBlock();

    if (arg0 == null)
    
        arg0 = String.Empty;
    

    if (arg1==null) 
        arg1 = String.Empty;
    
    return Concat(arg0.ToString(), arg1.ToString());

所以call 指令无论如何都会在那里，但它在Concat 方法调用中对你隐藏。

调用ToString 会选择不同的Concat 重载，而这个不会在内部调用ToString。

IL_000d:  call       string [mscorlib]System.String::Concat(object, object)

对比

IL_000e:  call       string [mscorlib]System.String::Concat(string, string)

【讨论】：

呼叫一直存在，但有一个额外的装箱操作。

@usr 是的，这正是正在发生的事情。