Tại sao kích thước 16 byte được đề nghị cho cấu trúc trong C#?

Question

Tôi đã đọc cuốn sách Cwalina (các khuyến nghị về phát triển và thiết kế các ứng dụng .NET).

Ông nói rằng cấu trúc được thiết kế tốt phải có kích thước nhỏ hơn 16 byte (cho mục đích hiệu suất).

Tại sao chính xác?

Và (quan trọng hơn) tôi có thể có cấu trúc lớn hơn với cùng một hiệu quả nếu tôi chạy NET của tôi 3,5 (sớm để được .NET 4.0) 64-bit ứng dụng trên hệ điều hành Windows Core i7   7 x64 (là CPU hạn chế này/OS dựa)?

Chỉ cần nhấn mạnh một lần nữa - Tôi cần cấu trúc hiệu quả nhất có thể. Tôi cố gắng giữ nó trên ngăn xếp mọi lúc. Ứng dụng này có nhiều luồng và chạy trên các khoảng thời gian mili giây, và kích thước hiện tại của cấu trúc là 64 byte.

Answer 1

Chỉ có bạn biết cấu trúc của bạn đang được sử dụng như thế nào trong chương trình của bạn. Nhưng nếu không có gì khác, bạn luôn có thể kiểm tra nó cho chính mình. Ví dụ, nếu nó thường xuyên thông qua chức năng khác, sau đây có thể thắp sáng bạn:

class MainClass 
{ 
    static void Main() 
    { 
     Struct64 s1 = new Struct64(); 
     Class64 c1 = new Class64(); 
     DoStuff(s1); 
     DoStuff(c1); 
     Stopwatch sw = new Stopwatch(); 
     sw.Start(); 
     for (int i = 0; i < 10000; i++) 
     { 
      s1 = DoStuff(s1); 
     } 
     sw.Stop(); 
     Console.WriteLine("Struct {0}", sw.ElapsedTicks); 
     sw.Reset(); 

     sw.Start(); 
     for (int i = 0; i < 10000; i++) 
     { 
      c1 = DoStuff(c1); 
     } 
     sw.Stop(); 
     Console.WriteLine("Class {0}", sw.ElapsedTicks); 
     sw.Reset(); 

     Console.ReadLine(); 
    } 
} 

với:

public class Class64 
{ 
    public long l1; 
    public long l2; 
    public long l3; 
    public long l4; 
    public long l5; 
    public long l6; 
    public long l7; 
    public long l8; 
} 
public struct Struct64 
{ 
    public long l1; 
    public long l2; 
    public long l3; 
    public long l4; 
    public long l5; 
    public long l6; 
    public long l7; 
    public long l8; 
} 

Hãy thử các loại điều này với cấu trúc đại diện/classes, và xem những gì kết quả bạn nhận được .(Trên máy của tôi, trên thử nghiệm, lớp học dường như ~ 3 lần nhanh hơn)

Answer 2

• Cấu trúc lớn hơn không hiệu quả, nhưng sau đó .... nếu bạn CÓ thêm dữ liệu, bạn có nó. Không có ý nghĩa nói về hiệu quả ở đó.

• 64 byte phải OK.

• Lý do chính có thể là hoạt động sao chép .... sẽ chậm hơn nếu cấu trúc của IIRC lớn hơn. Và nó phải được sao chép xung quanh khá nhiều.

Tôi thường khuyên bạn nên sử dụng một lớp ở đây;) Nhưng không biết nội dung của cấu trúc, nó hơi phức tạp một chút.

Answer 3

Bạn đang misquoting cuốn sách (ít nhất là ấn bản thứ 2). Jeffrey Richter khẳng định các loại giá trị có thể có nhiều hơn 16 byte nếu:

Bạn không có ý định để vượt qua họ để phương pháp khác hoặc sao chép chúng đến và đi từ một lớp bộ sưu tập.

Ngoài Eric Gunnerson thêm (liên quan đến giới hạn 16 byte)

Sử dụng hướng dẫn này như một kích hoạt để làm tra hơn.

Đơn giản là không đúng là cấu trúc "phải nhỏ hơn 16 byte về kích thước". Tất cả phụ thuộc vào cách sử dụng.

Nếu bạn đang tạo cấu trúc và cũng tiêu thụ nó và lo lắng về hiệu suất thì hãy sử dụng trình lược tả so sánh cấu trúc so với lớp để xem cái nào phù hợp nhất với bạn.

Answer 4

Tôi nghĩ một điểm quan trọng khác là nếu bạn có danh sách với một triệu cấu trúc, đó vẫn chỉ là một cấp phát bộ nhớ trên heap, trong khi danh sách với một triệu lớp trong nó sẽ có khoảng một triệu đối tượng heap riêng biệt. Tải thu gom rác là một thứ khá khác nhau trong cả hai trường hợp. Từ quan điểm này, cấu trúc có thể đi ra phía trước.

Answer 5

Một trong những điều tôi đã học khi thực hiện lập trình ngôn ngữ lắp ráp là bạn sắp xếp các cấu trúc của bạn (và các dữ liệu khác) trên 8 hoặc 16 byte ranh giới (có thực sự là một lệnh tiền xử lý cho nó trong MASM). Lý do cho điều này là truy cập bộ nhớ nhanh hơn đáng kể khi lưu trữ hoặc di chuyển mọi thứ xung quanh trong bộ nhớ. Việc giữ các cấu trúc của bạn dưới kích thước 16 byte sẽ đảm bảo rằng sự liên kết bộ nhớ này có thể được thực hiện thành công vì không có gì vượt qua các ranh giới liên kết.

Tuy nhiên, tôi hy vọng loại điều này sẽ bị ẩn đi phần lớn khỏi bạn khi sử dụng khuôn khổ .NET. Nếu các cấu trúc của bạn lớn hơn 16 byte thì tôi sẽ mong đợi khung công tác (hoặc trình biên dịch JIT) căn chỉnh dữ liệu của bạn trên các ranh giới 32 byte, và cứ thế. Nó sẽ là thú vị để xem một số xác nhận của các ý kiến ​​trong những cuốn sách, và xem những gì là sự khác biệt về tốc độ.

Answer 6

Trình biên dịch JIT tạo mã trường hợp đặc biệt để sao chép các cấu trúc nhỏ hơn một ngưỡng nhất định và cấu trúc mục đích chung chậm hơn một chút cho các cấu trúc lớn hơn. Tôi sẽ phỏng đoán rằng khi lời khuyên đó được viết, ngưỡng là 16 byte, nhưng trong khung 32-bit ngày nay, nó có vẻ là 24 byte; nó có thể lớn hơn đối với mã 64 bit.

Điều đó đã được nói, chi phí tạo bất kỳ đối tượng lớp kích thước nào lớn hơn đáng kể so với chi phí sao chép cấu trúc chứa cùng một dữ liệu. Nếu mã tạo ra một đối tượng lớp có giá trị 32 byte và sau đó truyền hoặc sao chép tham chiếu đến đối tượng đó 1.000 lần, thì việc tiết kiệm thời gian từ việc sao chép 1.000 tham chiếu đối tượng thay vì phải sao chép 1.000 cấu trúc 32 byte có khả năng lớn hơn chi phí của tạo đối tượng lớp. Tuy nhiên, nếu thể hiện đối tượng sẽ bị hủy bỏ sau khi tham chiếu đã được sao chép chỉ hai lần, chi phí tạo đối tượng có thể vượt quá một lề lớn chi phí sao chép cấu trúc 32 byte hai lần.

Cũng lưu ý rằng có thể trong nhiều trường hợp để tránh truyền xung quanh các cấu trúc theo giá trị hoặc sao chép dự phòng chúng, nếu một nỗ lực để làm như vậy. Việc chuyển bất kỳ kích thước nào của cấu trúc dưới dạng tham số ref thành một phương thức, ví dụ, chỉ yêu cầu chuyển một địa chỉ một máy (4 hoặc 8 byte). Bởi vì .net thiếu bất kỳ loại khái niệm const ref, chỉ các trường hoặc biến có thể ghi được có thể được chuyển theo cách đó và các bộ sưu tập được tích hợp vào .net - khác với System.Array - không cung cấp phương tiện để truy cập các thành viên theo số ref. Tuy nhiên, nếu một người sẵn sàng sử dụng các mảng hoặc các bộ sưu tập tùy chỉnh, thậm chí các cấu trúc lớn (100 byte hoặc nhiều hơn) có thể được xử lý rất hiệu quả. Trong nhiều trường hợp, lợi thế hiệu suất của việc sử dụng một cấu trúc hơn là một lớp không thay đổi có thể phát triển với kích thước của dữ liệu được đóng gói.

Answer 7

Thực ra, trên máy 64 bit 32 byte là kích thước tối đa để sử dụng cho dữ liệu cấu trúc. Từ các thử nghiệm của tôi 32 cấu trúc byte (bốn thời gian) thực hiện cũng như tham chiếu đối tượng.

Bạn có thể tìm mã kiểm tra và chạy thử nghiệm mình ở đây: https://github.com/agileharbor/structBenchmark

Cặp đôi cuối cùng của thử nghiệm sao chép một số lượng lớn các cấu trúc/đối tượng từ một mảng khác, và bạn có thể nhìn thấy nơi lớp tốt hơn cấu trúc với tám longs, nhưng nó là về giống như struct với bốn longs.