三探C#類與結構體究竟誰快——MSIL（微軟中間語言）解讀

 

上次我分別測試了類與結構體：http://www.BkJia.com/kf/201110/106554.html、密封類：http://www.BkJia.com/kf/201110/106555.html的函數調用速度評測。現在進行進一步分析，解讀編譯器生成的MSIL（微軟中間語言）代碼。

 

一、前期准備

先找到“IL 反匯編程序”（開始\程序\Microsoft Visual Studio 2010\Microsoft Windows SDK Tools\）——

運行“IL 反匯編程序”，打開編譯後的exe。展開節點，雙擊葉子節點查看MSIL代碼——

二、結果分析

然後我們將測試函數調用的那行代碼復制提取出來。如上圖的“IL_004c”行。
在復制提取過程中，發現VS2005與VS2010生成的函數調用代碼是完全一樣的。刪除啰嗦的名稱空間，將結果整理為表格——

模式 MSIL 亮點 靜態調用 call       uint8*  TryIt_Static_Ptr(uint8*) 靜態函數 調用派生類 callvirt   instance uint8*  PointerCall::Ptr(uint8*) 虛方法 調用密封類 callvirt   instance uint8*  SldPointerCallAdd::Ptr(uint8*) 虛方法 調用結構體 call       instance uint8*  SPointerCallAdd::Ptr(uint8*) 方法（非虛） 調用基類 callvirt   instance uint8*  PointerCall::Ptr(uint8*) 虛方法 調用派生類的接口 callvirt   instance uint8*  IPointerCall::Ptr(uint8*) 虛方法 調用密封類的接口 callvirt   instance uint8*  IPointerCall::Ptr(uint8*) 虛方法 調用結構體的接口 callvirt   instance uint8*  IPointerCall::Ptr(uint8*) 虛方法 基類泛型調用派生類 call       uint8*  CallClassPtr<class PointerCallAdd>(!!0, uint8*) class 基類泛型調用基類 call       uint8*  CallClassPtr<class PointerCall>(!!0, uint8*) class 接口泛型調用派生類 call       uint8* CallPtr<class  PointerCallAdd>(!!0, uint8*) class 接口泛型調用密封類 call       uint8* CallPtr<class  SldPointerCallAdd>(!!0, uint8*) class 接口泛型調用結構體 call       uint8*  CallPtr<valuetype SPointerCallAdd>(!!0, uint8*) valuetype 接口泛型調用結構體引用 call       uint8*  CallRefPtr<valuetype SPointerCallAdd>(!!0&, uint8*) valuetype 接口泛型調用基類 call       uint8* CallPtr<class  PointerCall>(!!0, uint8*) class 接口泛型調用派生類的接口 call       uint8* CallPtr<class  IPointerCall>(!!0, uint8*) class 接口泛型調用密封類的接口 call       uint8* CallPtr<class  IPointerCall>(!!0, uint8*) class 接口泛型調用結構體的接口 call       uint8* CallPtr<class  IPointerCall>(!!0, uint8*) class

觀察上面的表格，我們發現——
1.編譯的IL代碼時，並沒有做內聯（inline。將子函數展開）優化，而根據語義統統編譯為不同的調用（call）。看來優化工作是JIT（即時編譯器）負責的。
2.調用結構體是 方法調用（call instance）。JIT可根據此信息安排內聯優化。
3.調用派生類是 虛方法調用（callvirt instance）。因為被編譯為 調用基類的虛方法（PointerCall::Ptr），所以JIT認為其是正常的虛方法調用，不優化。
4.調用密封類是 虛方法調用（callvirt instance），與派生類調用一致。但由於其留下了類型信息（SldPointerCallAdd::Ptr），JIT發現它是一個密封類，於是安排內聯優化。
5.泛型方法雖然也是用call指令，但它帶有泛型參數，所以其行為與普通call調用不同。
6.結構體調用泛型方法時，會使用valuetype關鍵字。JIT可根據此信息安排優化（VS005的JIT有所優化；而VS2010的JIT將其進行徹底的內聯優化）。

 

附錄A、轉為接口時的IL代碼

派生類轉為接口——
  IL_001d:  ldloc.0
  IL_001e:  stloc.s    V_4

密封類轉為接口——
  IL_0020:  ldloc.1
  IL_0021:  stloc.s    V_5

結構體轉為接口——
  IL_0023:  ldloc.2
  IL_0024:  box        TryPointerCall.SPointerCallAdd
  IL_0029:  stloc.s    V_6

可見結構體轉為接口時多了裝箱操作，影響了性能。

附錄B、結構體泛型調用的IL代碼

接口泛型調用結構體——
  IL_0391:  ldloc.2
  IL_0392:  ldloc.s    V_7
  IL_0394:  call       uint8* TryPointerCall.PointerCallTool::CallPtr<valuetype TryPointerCall.SPointerCallAdd>(!!0,uint8*)

接口泛型調用結構體引用——
  IL_03dd:  ldloca.s   V_2
  IL_03df:  ldloc.s    V_7
  IL_03e1:  call       uint8* TryPointerCall.PointerCallTool::CallRefPtr<valuetype TryPointerCall.SPointerCallAdd>(!!0&,uint8*)

可見泛型調用的IL代碼並不復雜，與普通調用基本一樣，也是先將參數放入堆棧再call。對於引用參數，將“ldloc.*”指令換成“ldloca.s”指令就行了。

 

zyl910的專欄