Тернарный оператор в два раза медленнее, чем блок if-else?
Я везде читаю, что троичный оператор должен быть быстрее или, по крайней мере, таким же, как его эквивалент if
-else
блок.
тем не менее, я сделал следующий тест и обнаружил, что это не так:
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.rnResult = " + value.ToString());
моему компьютеру потребовалось 85 мс для запуска кода выше. Но если я прокомментирую if
-else
chunk и раскомментируйте троичную линию оператора, это займет около 157 МС.
почему это происходит?
9 ответов
чтобы ответить на этот вопрос, мы рассмотрим код сборки, производимый x86 и X64 JITs для каждого из этих случаев.
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, троичный
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
64-разрядных троичных
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
во-первых: почему код X86 столько медленнее, чем X64?
это связано со следующими характеристиками код:
- X64 имеет несколько дополнительных регистров, и каждый регистр 64-разрядный. Это позволяет X64 JIT выполнять внутренний цикл полностью с использованием регистров помимо загрузки
i
из массива, в то время как X86 JIT помещает несколько операций стека (доступ к памяти) в цикл. -
value
- 64-разрядное целое число, для которого требуется 2 инструкции машины на X86 (add
следовал поadc
), но только 1 на X64 (add
).
Second: почему тернарный оператор медленнее как на X86, так и на X64?
это связано с тонкой разницей в порядке операций, влияющих на оптимизатор JIT. JIT тернарный оператор, а не непосредственно кодирование 2
и 3
на add
сами инструкции машины, JIT создавая промежуточную переменную (в регистре) для удержания результата. Затем этот регистр расширяется от 32-бит до 64-бит перед добавлением в value
. Поскольку все это выполняется в регистрах для X64, несмотря на значительное увеличение сложности для тернарного оператора, чистое воздействие несколько сведено к минимуму.
JIT X86, с другой стороны, влияет в большей степени, потому что добавление нового промежуточного значения во внутреннем цикле заставляет его "разливать" другое значение, в результате чего по крайней мере 2 дополнительных доступа к памяти во внутреннем цикле (см. доступ к [ebp-14h]
в X86 троичный код).
EDIT: все изменения... увидеть ниже.
Я не могу воспроизвести ваши результаты на x64 CLR, но я can на x86. На x64 я вижу маленький разница (менее 10%) между условным оператором и if/else, но она намного меньше, чем вы видите.
Я сделал следующие изменения:
- запуск в консольном приложении
- построить с
/o+ /debug-
, и выбежал на улицу отладчик - запустите оба фрагмента кода один раз, чтобы JIT их, а затем много раз для большей точности
- использовать
Stopwatch
результаты /platform:x64
(без строк" игнорировать"):
if/else with 1 iterations: 17ms
conditional with 1 iterations: 19ms
if/else with 1000 iterations: 17875ms
conditional with 1000 iterations: 19089ms
результаты /platform:x86
(без строк" игнорировать"):
if/else with 1 iterations: 18ms
conditional with 1 iterations: 49ms
if/else with 1000 iterations: 17901ms
conditional with 1000 iterations: 47710ms
сведения о моей системе:
- 64-разрядных процессоров i7-2720QM на CPU @2.20 ГГц
- 64-разрядная ОС Windows 8
- .NET 4.5
так не похоже раньше, я думаю, вы are видя реальную разницу-и все это связано с x86 JIT. Я бы не хотел сказать точно что вызывает разницу - я могу обновить сообщение позже с более подробной информацией, если я могу потрудиться войти в cordbg:)
интересно, что без сортировки массива сначала я получаю тесты, которые занимают около 4.5 x столько же времени, по крайней мере, на x64. Думаю, это связано с Бранчем. предсказание.
код:
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);
}
}
разница действительно не имеет большого отношения к if / else vs ternary.
глядя на jitted disassemblies (я не буду переупаковывать здесь, пожалуйста, см. ответ @280Z28), оказывается, что вы сравнение яблок и апельсинов. В одном случае вы создаете два разных +=
операции с постоянными значениями и которые вы выбираете, зависят от условия, а в другом случае вы создаете +=
здесь значение, чтобы добавить зависит от состояние.
если вы хотите действительно сравнить if / else vs ternary, это было бы более справедливое сравнение (теперь оба будут одинаково "медленными", или мы могли бы даже сказать, что ternary немного быстрее):
int diff;
if (i > 0)
diff = 2;
else
diff = 3;
value += diff;
и
value += i > 0 ? 2 : 3;
теперь разборка для if/else
становится, как показано ниже. Обратите внимание, что это немного хуже, чем троичный случай, так как он перестал использовать регистры для переменной цикла (i
), а также.
if (i > 0)
0000009d cmp dword ptr [ebp-20h],0
000000a1 jle 000000AD
{
diff = 2;
000000a3 mov dword ptr [ebp-24h],2
000000aa nop
000000ab jmp 000000B4
}
else
{
diff = 3;
000000ad mov dword ptr [ebp-24h],3
}
value += diff;
000000b4 mov eax,dword ptr [ebp-18h]
000000b7 mov edx,dword ptr [ebp-14h]
000000ba mov ecx,dword ptr [ebp-24h]
000000bd mov ebx,ecx
000000bf sar ebx,1Fh
000000c2 add eax,ecx
000000c4 adc edx,ebx
000000c6 mov dword ptr [ebp-18h],eax
000000c9 mov dword ptr [ebp-14h],edx
000000cc inc dword ptr [ebp-28h]
Edit:
добавлен пример, который можно сделать с помощью оператора if-else, но не условного оператора.
перед ответом, пожалуйста, посмотрите [что быстрее?] в блоге Мистера Липперта. И я думаю ... --17-->ответ г-на Эрсенмеса самый правильный здесь.
Я пытаюсь упомянуть то, что мы должны иметь в виду, с языка программирования высокого уровня.
первый off, я никогда не слышал, что условный оператор должен быть быстрее или одинаково работать с оператором if-else в C♯.
причина проста: что делать, если нет операции с оператором if-else:
if (i > 0)
{
value += 2;
}
else
{
}
требование условного оператора должно быть значение С любой стороны, и в C♯ он также требует, чтобы обе стороны :
имеет тот же тип. Это просто делает его отличным от if-else заявление. Таким образом, ваш вопрос становится вопросом о том, как генерируется инструкция машинного кода, чтобы разница в производительности.
с условным оператором семантически это:
что выражение вычисляется, есть ценность.
но с утверждением if-else:
если выражение оценивается как true, сделайте что-нибудь; если нет, сделайте другое.
A значение не обязательно связано с утверждением if-else. ваше предположение возможно только при оптимизации.
другой пример, чтобы продемонстрировать разницу между ними будет выглядеть так:
var array1=new[] { 1, 2, 3 };
var array2=new[] { 5, 6, 7 };
if(i>0)
array1[0]=4;
else
array2[0]=4;
код выше компилируется, однако замените оператор if-else условным оператором просто не будет компилироваться:
var array1=new[] { 1, 2, 3 };
var array2=new[] { 5, 6, 7 };
(i>0?array1[0]:array2[0])=4; // incorrect usage
условный оператор и операторы if-else концептуальны одинаково, когда вы делаете то же самое, возможно, еще быстрее с условным оператором в C, так как C ближе к сборке платформы.
для исходного кода, который вы предоставили, условный оператор используется в цикле foreach, который будет путать вещи, чтобы увидеть разницу между ними. Поэтому я предлагаю следующий код:
public static class TestClass {
public static void TestConditionalOperator(int i) {
long value=0;
value+=i>0?2:3;
}
public static void TestIfElse(int i) {
long value=0;
if(i>0) {
value+=2;
}
else {
value+=3;
}
}
public static void TestMethod() {
TestConditionalOperator(0);
TestIfElse(0);
}
}
и следующие две версии IL оптимизированы и нет. Поскольку они длинные, я использую изображение, чтобы показать, правая сторона оптимизирована:
в обеих версиях кода IL условного оператора выглядит короче, чем оператор if-else, и по-прежнему существует сомнение в окончательно сгенерированном машинном коде. Ниже приведены инструкции обоих методов, и первое изображение не оптимизировано, последнее является оптимизированным:
не оптимизированные инструкции: (Нажмите, чтобы увидеть полноразмерное изображение.)
оптимизированные инструкции: (Нажмите, чтобы увидеть полноразмерное изображение.)
в последнем случае желтый блок является кодом, выполняемым только если i<=0
, и синий блок-это когда i>0
. В любой из версий инструкций оператор if-else короче.
обратите внимание, что для разных инструкций [индекс потребительских цен] не обязательно то же самое. Логически, для идентичной инструкции, больше инструкций стоят более длинный цикл. Но если учитывать время выборки инструкций и канал / кэш, то реальное общее время выполнения зависит от процессора. Процессор также может предсказывать ветви.
современные процессоры имеют еще больше ядер, с этим все может быть сложнее. Если бы ты был ... Пользователь процессора Intel, вы можете посмотреть [справочное руководство по оптимизации архитектур Intel® 64 и IA-32].
Я не знаю, была ли реализована аппаратная среда CLR, но если да, вы, вероятно, быстрее с условным оператором, потому что IL явно меньше.
Примечание: весь машинный код x86.
Я сделал то, что сделал Джон Скит, и пробежал 1 итерацию и 1,000 итераций и получил другой результат как от OP, так и от Джона. У меня троица немного быстрее. Ниже приведен точный код:
static void runIfElse(int[] array, int iterations)
{
long value = 0;
Stopwatch ifElse = new Stopwatch();
ifElse.Start();
for (int c = 0; c < iterations; c++)
{
foreach (int i in array)
{
if (i > 0)
{
value += 2;
}
else
{
value += 3;
}
}
}
ifElse.Stop();
Console.WriteLine(String.Format("Elapsed time for If-Else: {0}", ifElse.Elapsed));
}
static void runTernary(int[] array, int iterations)
{
long value = 0;
Stopwatch ternary = new Stopwatch();
ternary.Start();
for (int c = 0; c < iterations; c++)
{
foreach (int i in array)
{
value += i > 0 ? 2 : 3;
}
}
ternary.Stop();
Console.WriteLine(String.Format("Elapsed time for Ternary: {0}", ternary.Elapsed));
}
static void Main(string[] args)
{
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;
runIfElse(array, 1);
runTernary(array, 1);
runIfElse(array, 1000);
runTernary(array, 1000);
Console.ReadLine();
}
вывод из моей программы:
прошедшее время для If-Else: 00:00: 00.0140543
прошедшее время для Троицы: 00:00: 00.0136723
прошедшее время для If-Else: 00:00: 14.0167870
прошедшее время Троица: 00: 00: 13.9418520
еще один запуск в миллисекундах:
прошедшее время для If-Else: 20
прошедшее время для Троицы: 19
прошедшее время для If-Else: 13854
прошедшее время для Троицы: 13610
это работает в 64-битной XP, и я бежал без отладки.
Edit-работает в x86:
существует большая разница в использовании x86. Этот был выполнен без отладки на той же 64-битной машине xp, что и раньше, но построен для процессоров x86. Это больше похоже на OP.
прошедшее время для If-Else: 18
прошедшее время для Троицы: 35
прошедшее время для If-Else: 20512
прошедшее время для Троицы: 32673
сгенерированный код ассемблера расскажет историю:
a = (b > c) ? 1 : 0;
выдает:
mov edx, DWORD PTR a[rip]
mov eax, DWORD PTR b[rip]
cmp edx, eax
setg al
при этом:
if (a > b) printf("a");
else printf("b");
выдает:
mov edx, DWORD PTR a[rip]
mov eax, DWORD PTR b[rip]
cmp edx, eax
jle .L4
;printf a
jmp .L5
.L4:
;printf b
.L5:
Итак, троица can быть короче и быстрее просто из-за использования меньшего количества инструкций и никаких скачков если вы ищете true / false. Если вы используете значения, отличные от 1 и 0, вы получите тот же код, что и if / else, для пример:
a = (b > c) ? 2 : 3;
выдает:
mov edx, DWORD PTR b[rip]
mov eax, DWORD PTR c[rip]
cmp edx, eax
jle .L6
mov eax, 2
jmp .L7
.L6:
mov eax, 3
.L7:
который такой же, как if/else.
Run без отладки ctrl+F5 кажется, что отладчик значительно замедляет как ifs, так и ternary, но кажется, что он замедляет тернарный оператор намного больше.
когда я запускаю следующий код, вот мои результаты. Я думаю, что небольшая миллисекундная разница вызвана компилятором, оптимизирующим max=max и удаляющим его, но, вероятно, не делает эту оптимизацию для тернарного оператора. Если бы кто-то мог проверить сборку и подтвердить это, это было бы потрясающий.
--Run #1--
Type | Milliseconds
Ternary 706
If 704
%: .9972
--Run #2--
Type | Milliseconds
Ternary 707
If 704
%: .9958
--Run #3--
Type | Milliseconds
Ternary 706
If 704
%: .9972
код
for (int t = 1; t != 10; t++)
{
var s = new System.Diagnostics.Stopwatch();
var r = new Random(123456789); //r
int[] randomSet = new int[1000]; //a
for (int i = 0; i < 1000; i++) //n
randomSet[i] = r.Next(); //dom
long _ternary = 0; //store
long _if = 0; //time
int max = 0; //result
s.Start();
for (int q = 0; q < 1000000; q++)
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
max = max > randomSet[i] ? max : randomSet[i];
}
s.Stop();
_ternary = s.ElapsedMilliseconds;
max = 0;
s = new System.Diagnostics.Stopwatch();
s.Start();
for (int q = 0; q < 1000000; q++)
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
if (max > randomSet[i])
max = max; // I think the compiler may remove this but not for the ternary causing the speed difference.
else
max = randomSet[i];
}
s.Stop();
_if = s.ElapsedMilliseconds;
Console.WriteLine("--Run #" + t+"--");
Console.WriteLine("Type | Milliseconds\nTernary {0}\nIf {1}\n%: {2}", _ternary, _if,((decimal)_if/(decimal)_ternary).ToString("#.####"));
}
глядя на сгенерированный IL, в этом меньше операций, чем в операторе if/else (копирование и вставка кода @JonSkeet). Однако это не означает, что это должен быть более быстрый процесс!
чтобы суммировать различия в IL, метод if / else переводится почти так же, как код C# читает (выполняя добавление в ветви), тогда как условный код загружает 2 или 3 в стек (в зависимости от значения), а затем добавляет его к значению вне условного.
другое отличие-используемая инструкция ветвления. Метод if/else использует brtrue (ветвь, если true) для перехода через первое условие и безусловную ветвь для перехода из первого оператора if. Условный код использует BGT (ветвь, если больше) вместо brtrue, что может быть более медленным сравнением.
также (только что прочитав о предсказании ветви) может быть штраф за производительность для ветви будучи меньше. Условная ветвь имеет только 1 инструкцию внутри ветви, но if/else имеет 7. Это также объясняет, почему существует разница между использованием long и int, потому что изменение на int уменьшает количество инструкций в ветвях if/else на 1 (делая чтение вперед меньше)
в следующем коде if / else кажется примерно в 1,4 раза быстрее, чем тернарный оператор. Однако я обнаружил, что введение временной переменной уменьшает время выполнения троичного оператора примерно в 1,4 раза:
If / Else: 98 ms
тройной: 141 МС
Тройной с temp var: 100 мс
using System;
using System.Diagnostics;
namespace ConsoleApplicationTestIfElseVsTernaryOperator
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
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);
long value;
Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
value = 0;
stopwatch.Restart();
foreach (int i in array)
{
if (i > 0)
{
value += 2;
}
else
{
value += 3;
}
// 98 ms
}
stopwatch.Stop();
Console.WriteLine("If/Else: " + stopwatch.ElapsedMilliseconds.ToString() + " ms");
value = 0;
stopwatch.Restart();
foreach (int i in array)
{
value += (i > 0) ? 2 : 3;
// 141 ms
}
stopwatch.Stop();
Console.WriteLine("Ternary: " + stopwatch.ElapsedMilliseconds.ToString() + " ms");
value = 0;
int tempVar = 0;
stopwatch.Restart();
foreach (int i in array)
{
tempVar = (i > 0) ? 2 : 3;
value += tempVar;
// 100ms
}
stopwatch.Stop();
Console.WriteLine("Ternary with temp var: " + stopwatch.ElapsedMilliseconds.ToString() + " ms");
Console.ReadKey(true);
}
}
}