C# 代碼性能優化舉例

普通人如果說什么事情慢，指的是 5 分鍾，10 分鍾，或者 1 個小時、2 個小時。而程序員要說什么事情慢，他們指的是 2 納秒。

 

每個納秒對程序員來說都是非常寶貴的，所以，要對代碼進行優化，優化，再優化，每個納秒都不要浪費。

在 C# 程序中，完成一件任務通常都有若干種方法，但這些方法之間是存在一些差異的，特別是性能上的差異。本文嘗試着舉幾個例子來說明這種差異。

 

1. 裝箱還是不裝箱（to box or not to box）

一般來說，值類型的數據都是在棧上操作的，而引用類型的數據都是在堆上的，而當值類型需要作為引用類型操作時，都要先對值類型數據進行裝箱，使其變為引用類型。但裝箱操作是一個成本很高的操作，要盡量避免使用。如對於如下代碼：

static string GetArrayInfo(Array a)
{
    string s = $"An array with {a.Length} elements.";
    return s;
}

其中，a.Length 是一個整型的值類型變量，與字符串混合在一起時，需要進行裝箱操作。可改為如下代碼以避免裝箱操作：

static string GetArrayInfo(Array a)
{
    string s = "An array with " + a.Length.ToString() + " elements.";
    return s;
}

 

2. 構造字符串（building strings） 

構造字符串，可以使用 StringBuilder，也可以直接用 + 操作符（編譯為對 Concat() 方法的調用）連接字符串。一般來說，使用 StringBuilder 是一種高性能的字符串構造方案，但也不盡然，尤其是 StringBuilder 的 AppendFormat() 方法，成本很高，應盡量避免使用。舉例如下。

static string Greeting(string name)
{
    StringBuilder sb = new();
    _ = sb.AppendFormat("Hello, {0}", name ?? "null");
    return sb.ToString();
}

下面的代碼使用 Append() 方法構造字符串：

static string Greeting(string name)
{
    StringBuilder sb = new();
    _ = sb.Append("Hello, ");
    _ = sb.Append(name ?? "null");
    return sb.ToString();
}

最后，我們用 + 操作符（Concat() 方法）構造同樣的字符串：

static string Greeting(string name)
{
    return "Hello, " + name ?? "null";
}

經過實測，+ 操作符方法（Concat() 方法）性能最好，StringBuilder 的 Append() 次之，AppendFormat() 最差。

 

3. 類型轉換（type conversion）

如將一個數字字符串轉換為整型數，一般有三種方法實現轉換：

// 方法1：
_ = int.TryParse("123", out int n);

// 方法2：
int n = int.Parse("123");

// 方法3：
int n = Convert.ToInt32("123");

這三種方法都可以。從安全性上講，int.TryParse() 最安全，從性能上說，則 Convert.ToInt32() 最好（但也相差不大）。如果能確定輸入字符串的合法性，則盡量使用 Convert.ToInt32() 方法，反之，則使用 int.TryParse() 以避免拋出異常。

 

以上三個實例的實測數據如下圖所示，這是經過 100 次循環，每次循環執行 1000000 次調用，經過平均后得出的結果。

 

提高程序的運行性能，除了選用高性能的硬件（高性能CPU、內存、硬盤等）之外，在軟件上也要下功夫進行優化。優化涉及的方面很多，代碼優化是其中很重要的環節。本文從“黑盒”角度舉了幾個例子並進行實際測試，以揭示不同方法的實現性能。