Leistung Ausdruck.Kompilieren vs Lambda, direkte vs. virtuelle Aufrufe

Ich bin gespannt, wie performant die Ausdruck.Kompilieren gegenüber lambda-Ausdrucks in den code und versus direkte Methode zum Einsatz, und auch die direkte Methodenaufrufe vs virtuelle Methodenaufrufe (pseudo-code):

var foo = new Foo();
var iFoo = (IFoo)foo;

foo.Bar();
iFoo.Bar();
(() => foo.Bar())();
(() => iFoo.Bar())();
Expression.Compile(foo, Foo.Bar)();
Expression.Compile(iFoo, IFoo.Bar)();
Expression.CompileToMethod(foo, Foo.Bar);
Expression.CompileToMethod(iFoo, IFoo.Bar);
MethodInfo.Invoke(foo, Foo.Bar);
MethodInfo.Invoke(iFoo, IFoo.Bar);

Was meinst du mit "wie gut"? Sind Sie auf der Suche für die Ausführung der Leistung?
Danke, geklärt

InformationsquelleAutor Serge Semenov | 2016-03-04

c#expression lambda performance virtual-functions

Ich nicht finden, eine Antwort, also hier ist der performance-test:

using System;
using System.Diagnostics;
using System.Linq.Expressions;
using System.Reflection;
using System.Reflection.Emit;

namespace ExpressionTest
{
    public interface IFoo
    {
        int Bar();
    }

    public sealed class FooImpl : IFoo
    {
        public int Bar()
        {
            return 0;
        }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            var foo = new FooImpl();
            var iFoo = (IFoo)foo;

            Func<int> directLambda = () => foo.Bar();
            Func<int> virtualLambda = () => iFoo.Bar();
            var compiledDirectCall = CompileBar(foo, asInterfaceCall: false);
            var compiledVirtualCall = CompileBar(foo, asInterfaceCall: true);
            var compiledArgDirectCall = CompileBar<FooImpl>();
            var compiledArgVirtualCall = CompileBar<IFoo>();
            var barMethodInfo = typeof(FooImpl).GetMethod(nameof(FooImpl.Bar));
            var iBarMethodInfo = typeof(IFoo).GetMethod(nameof(IFoo.Bar));
            var compiledToModuleDirect = CompileToModule<FooImpl>();
            var compiledToModuleVirtual = CompileToModule<IFoo>();

            var iterationCount = 200000000;
            Console.WriteLine($"Iteration count: {iterationCount:N0}");

            var sw = Stopwatch.StartNew();
            for (int i = 0; i < iterationCount; i++)
                compiledVirtualCall();
            var elapsedMs = sw.ElapsedMilliseconds;
            Console.WriteLine($"Virtual (Func<int>)Expression.Compile(): {elapsedMs} ms");

            sw.Restart();
            for (int i = 0; i < iterationCount; i++)
                compiledDirectCall();
            elapsedMs = sw.ElapsedMilliseconds;
            Console.WriteLine($"Direct (Func<int>)Expression.Compile(): {elapsedMs} ms");

            sw.Restart();
            for (int i = 0; i < iterationCount; i++)
                compiledArgVirtualCall(iFoo);
            elapsedMs = sw.ElapsedMilliseconds;
            Console.WriteLine($"Virtual (Func<IFoo, int>)Expression.Compile(): {elapsedMs} ms");

            sw.Restart();
            for (int i = 0; i < iterationCount; i++)
                compiledArgDirectCall(foo);
            elapsedMs = sw.ElapsedMilliseconds;
            Console.WriteLine($"Direct (Func<FooImpl, int>)Expression.Compile(): {elapsedMs} ms");

            sw.Restart();
            for (int i = 0; i < iterationCount; i++)
                compiledToModuleVirtual(iFoo);
            elapsedMs = sw.ElapsedMilliseconds;
            Console.WriteLine($"Virtual (Func<IFoo, int>)Expression.CompileToMethod(): {elapsedMs} ms");

            sw.Restart();
            for (int i = 0; i < iterationCount; i++)
                compiledToModuleDirect(foo);
            elapsedMs = sw.ElapsedMilliseconds;
            Console.WriteLine($"Direct (Func<FooImpl, int>)Expression.CompileToMethod(): {elapsedMs} ms");

            sw.Restart();
            for (int i = 0; i < iterationCount; i++)
                virtualLambda();
            elapsedMs = sw.ElapsedMilliseconds;
            Console.WriteLine($"Virtual () => IFoo.Bar(): {elapsedMs} ms");

            sw.Restart();
            for (int i = 0; i < iterationCount; i++)
                directLambda();
            elapsedMs = sw.ElapsedMilliseconds;
            Console.WriteLine($"Direct () => FooImpl.Bar(): {elapsedMs} ms");

            sw.Restart();
            for (int i = 0; i < iterationCount; i++)
                iFoo.Bar();
            elapsedMs = sw.ElapsedMilliseconds;
            Console.WriteLine($"Virtual IFoo.Bar(): {elapsedMs} ms");

            sw.Restart();
            for (int i = 0; i < iterationCount; i++)
                foo.Bar();
            elapsedMs = sw.ElapsedMilliseconds;
            Console.WriteLine($"Direct Foo.Bar(): {elapsedMs} ms");

            sw.Restart();
            for (int i = 0; i < iterationCount; i++) {
                int result = (int)iBarMethodInfo.Invoke(iFoo, null);
            }
            elapsedMs = sw.ElapsedMilliseconds;
            Console.WriteLine($"Virtual MethodInfo.Invoke(FooImpl, Bar): {elapsedMs} ms");

            sw.Restart();
            for (int i = 0; i < iterationCount; i++) {
                int result = (int)barMethodInfo.Invoke(foo, null);
            }
            elapsedMs = sw.ElapsedMilliseconds;
            Console.WriteLine($"Direct MethodInfo.Invoke(IFoo, Bar): {elapsedMs} ms");
        }

        static Func<int> CompileBar(IFoo foo, bool asInterfaceCall)
        {
            var fooType = asInterfaceCall ? typeof(IFoo) : foo.GetType();
            var methodInfo = fooType.GetMethod(nameof(IFoo.Bar));
            var instance = Expression.Constant(foo, fooType);
            var call = Expression.Call(instance, methodInfo);
            var lambda = Expression.Lambda(call);
            var compiledFunction = (Func<int>)lambda.Compile();
            return compiledFunction;
        }

        static Func<TInput, int> CompileBar<TInput>()
        {
            var fooType = typeof(TInput);
            var methodInfo = fooType.GetMethod(nameof(IFoo.Bar));
            var instance = Expression.Parameter(fooType, "foo");
            var call = Expression.Call(instance, methodInfo);
            var lambda = Expression.Lambda(call, instance);
            var compiledFunction = (Func<TInput, int>)lambda.Compile();
            return compiledFunction;
        }

        static Func<TInput, int> CompileToModule<TInput>()
        {
            var fooType = typeof(TInput);
            var methodInfo = fooType.GetMethod(nameof(IFoo.Bar));
            var instance = Expression.Parameter(fooType, "foo");
            var call = Expression.Call(instance, methodInfo);
            var lambda = Expression.Lambda(call, instance);

            var asmName = new AssemblyName(fooType.Name);
            var asmBuilder = AssemblyBuilder.DefineDynamicAssembly(asmName, AssemblyBuilderAccess.Run);
            var moduleBuilder = asmBuilder.DefineDynamicModule(fooType.Name);
            var typeBuilder = moduleBuilder.DefineType(fooType.Name, TypeAttributes.Public);
            var methodBuilder = typeBuilder.DefineMethod(nameof(IFoo.Bar), MethodAttributes.Static, typeof(int), new[] { fooType });
            Expression.Lambda<Action>(lambda).CompileToMethod(methodBuilder);
            var createdType = typeBuilder.CreateType();

            var mi = createdType.GetMethods(BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Static)[1];
            var func = Delegate.CreateDelegate(typeof(Func<TInput, int>), mi);
            return (Func<TInput, int>)func;
        }
    }
}

Auf meinem laptop (Release-Modus, 64-bit, .NET 4.5.2) es ergibt sich:

Iteration count: 200,000,000
Virtual MethodInfo.Invoke(FooImpl, Bar):               61811 ms
Direct MethodInfo.Invoke(IFoo, Bar):                   37078 ms
Virtual (Func<int>)Expression.Compile():                2894 ms
Direct (Func<int>)Expression.Compile():                 2242 ms
Virtual (Func<IFoo, int>)Expression.Compile():          2319 ms
Direct (Func<FooImpl, int>)Expression.Compile():        2051 ms
Virtual (Func<IFoo, int>)Expression.CompileToMethod():   996 ms
Direct (Func<FooImpl, int>)Expression.CompileToMethod(): 679 ms
Virtual () => IFoo.Bar():                                796 ms
Direct () => FooImpl.Bar():                              469 ms
Virtual IFoo.Bar():                                      531 ms
Direct Foo.Bar():                                         68 ms

Hoffe, das hilft.

aber wenn direkt kann nicht inlined es würde einen Unterschied machen.

InformationsquelleAutor Serge Semenov

8

Aufgeteilt werden kann, eine Frage zu 2 Fällen:
- wie nackt .NET-arbeiten mit der Methode sich selbst aufruft (Infrastruktur-Frage)?
- wie Optimierer unterstützen, um das aufrufen von Methoden?
ExpressionTest.exe in Release Modus mit Optimierung (Standard-release-Einstellungen) .NET 4.5.2:
```
Compiled Virtual Call: 4625 ms
Compiled Direct Call: 3361 ms
Lambda Virtual Call: 1096 ms
Lambda Direct Call: 576 ms
Virtual Call: 649 ms
Direct Call: 144 ms
```
Sehen wir, dass die "Direct Call" in 4,5 mal schneller als "Virtual Call". Aber wie wir oben sehen können ist es kein Aufruf an alle sein. Bar-Methode wurde inlined.

ExpressionTest.exe in Release Modus ohne Optimierung .NET 4.5.2:
```
Compiled Virtual Call: 5394 ms
Compiled Direct Call: 4666 ms
Lambda Virtual Call: 1800 ms
Lambda Direct Call: 1683 ms
Virtual Call: 1154 ms
Direct Call: 1112 ms
```
So, "Direct Call" ist etwa 3-4% schneller als "Virtual Call".

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- Ich bin auch interessiert, warum die kompilierte Anrufe (sowohl zur Methode und zu Delegieren) langsamer sind als mit dem Bau eines neuen expression tree von der lambda-Ausdruck auf die Fliegen, dann die Ausführung der Baum.... Ich würd auch interessieren, wie viel mehr "CompileToModule" statt zu laufen, als "CompileBar" und was wurde der Speicherverbrauch.
InformationsquelleAutor Dmitry Razumikhin

Hinweis: im release-Modus keine Anrufe an alle im "Direct Call" der Fall.
CPU geht aus 00B531BC (mov eax ...) zu 00B531C8 (jl 00B531BC) nur.

                for (int i = 0; i < iterationCount; i++)
00B531BA  xor         edx,edx  
                foo.Bar();
00B531BC  mov         eax,dword ptr [ebx+4]  //actual loop begin
00B531BF  cmp         byte ptr [eax],al  
            for (int i = 0; i < iterationCount; i++)
00B531C1  inc         edx  
00B531C2  cmp         edx,0BEBC200h //0BEBC200h = 200000000
00B531C8  jl          00B531BC      //loop begin address

Das ist richtig, es tut inlining, danke. Das sollte als Kommentar gedacht

InformationsquelleAutor Dmitry Razumikhin

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