C#中那些[举手之劳]的性能优化

隔了很久没写东西了,主要是最近比较忙,更主要的是最近比较懒......

其实这篇很早就想写了

工作和生活中经常可以看到一些程序猿,写代码的时候只关注代码的逻辑性,而不考虑运行效率

其实这对大多数程序猿来说都是没有问题的

不过作为一只有理想的CodeMonkey,我还是希望给大家分享一些性能优化心得

曾经在网上听过这样一句话

程序的可读性和性能是成反比的

我非常赞同这句话,所以对于那些极度影响阅读的性能优化我就不在这里赘述了

今天主要说的就是一些举手之劳即可完成的性能优化

减少重复代码

这是最基本的优化方案,尽可能减少那些重复做的事,让他们只做一次

比较常见是这种代码,同样的Math.Cos(angle) 和Math.Sin(angle)都做了2次

private Point RotatePt(double angle, Point pt)
{
     Point pRet = new Point();
     angle = -angle;
     pRet.X = (int)((double)pt.X * Math.Cos(angle) - (double)pt.Y * Math.Sin(angle));
     pRet.Y = (int)((double)pt.X * Math.Sin(angle) + (double)pt.Y * Math.Cos(angle));
     return pRet;
}

优化后

private Point RotatePt3(double angle, Point pt)
{
    Point pRet = new Point();
    angle = -angle;
    double SIN_ANGLE = Math.Sin(angle);
    double COS_ANGLE = Math.Cos(angle);
    pRet.X =(int)(pt.X * COS_ANGLE - pt.Y * SIN_ANGLE);
    pRet.Y = (int)(pt.X * SIN_ANGLE + pt.Y * COS_ANGLE);
    return pRet;
}

还有另一种 ,在方法中实例化一个对象, 但是这个对象其实是可以复用的

public static string ConvertQuot(string html)
{
    Regex regex = new Regex("&(quot|#34);", RegexOptions.IgnoreCase);
    return regex.Replace(html, "\"");
}

优化后

readonly static Regex ReplaceQuot = new Regex("&(quot|#34);", RegexOptions.IgnoreCase | RegexOptions.Compiled);
public static string ConvertQuot(string html)
{
    return ReplaceQuot.Replace(html, "\"");
}

还有一种是不必要的初始化,比如调用out参数之前,是不需要初始化的

public bool Check(int userid)
{
    var user = new User();
    if(GetUser(userid,out user))
    {
        return user.Level > ;
    }
    return false;
}

这里的new User()就是不必要的操作,

优化后

public bool Check(int userid)
{
    User user;
    if(GetUser(userid,out user))
    {
        return user.Level > ;
    }
    return false;
}

不要迷信正则表达式

正好在第一个栗子里说到了正在表达式(Regex)对象就顺便一起说了

很多人以为正则表达式很快,非常快,超级的快

虽然正则表达式是挺快的,不过千万不要迷信他,不信你看下面的栗子

//方法1
public static string ConvertQuot1(string html)
{
    return html.Replace(""", "\"").Replace(""", "\"");
}

readonly static Regex ReplaceQuot = new Regex("&(quot|#34);", RegexOptions.IgnoreCase | RegexOptions.Compiled);
//方法2
public static string ConvertQuot2(string html)
{
    return ReplaceQuot.Replace(html, "\"");
}

有多少人认为正则表达式比较快的,举个手??

结果为10w次循环的时间 ,即使是10个Replace连用,也比Regex好,所以不要迷信他

//方法1
public static string ConvertQuot1(string html)
{
    return html.Replace("", "").Replace("", "").Replace("", "").Replace("", "").Replace("", "").Replace("", "").Replace("", "").Replace("", "").Replace("", "").Replace("", "");
}

readonly static Regex ReplaceQuot = new Regex("[1234567890]", RegexOptions.IgnoreCase | RegexOptions.Compiled);
//方法2
public static string ConvertQuot2(string html)
{
    return ReplaceQuot.Replace(html, "");
}

ConvertQuot1:3518
ConvertQuot2:12479

最后给你们看一个真实的,杯具的栗子

Htmlstring = Regex.Replace(Htmlstring, @"<(.[^>]*)>", "", RegexOptions.IgnoreCase);
Htmlstring = Regex.Replace(Htmlstring, @"([\r\n])[\s]+", "", RegexOptions.IgnoreCase);
Htmlstring = Regex.Replace(Htmlstring, @"-->", "", RegexOptions.IgnoreCase);
Htmlstring = Regex.Replace(Htmlstring, @"<!--.*", "", RegexOptions.IgnoreCase);

Htmlstring = Regex.Replace(Htmlstring, @"&(quot|#34);", "\"", RegexOptions.IgnoreCase);
Htmlstring = Regex.Replace(Htmlstring, @"&(amp|#38);", "&", RegexOptions.IgnoreCase);
Htmlstring = Regex.Replace(Htmlstring, @"&(lt|#60);", "<", RegexOptions.IgnoreCase);
Htmlstring = Regex.Replace(Htmlstring, @"&(gt|#62);", ">", RegexOptions.IgnoreCase);
Htmlstring = Regex.Replace(Htmlstring, @"&(nbsp|#160);", " ", RegexOptions.IgnoreCase);
Htmlstring = Regex.Replace(Htmlstring, @"&(iexcl|#161);", "\xa1", RegexOptions.IgnoreCase);
Htmlstring = Regex.Replace(Htmlstring, @"&(cent|#162);", "\xa2", RegexOptions.IgnoreCase);
Htmlstring = Regex.Replace(Htmlstring, @"&(pound|#163);", "\xa3", RegexOptions.IgnoreCase);
Htmlstring = Regex.Replace(Htmlstring, @"&(copy|#169);", "\xa9", RegexOptions.IgnoreCase);
Htmlstring = Regex.Replace(Htmlstring, @"&#(\d+);", "", RegexOptions.IgnoreCase);

合理使用正则表达式

上面说了正则表达式的效率不高,并不是说就不要用他了,至少正则表达式的作用不仅仅如此而已

如果一定要用正则表达式的话也需要注意,能静态全局公用的尽量全局公用

readonly static Regex regex = new Regex("[1234567890]", RegexOptions.Compiled);

注意他的第二个参数RegexOptions.Compiled 注释是  指定将正则表达式编译为程序集。这会产生更快的执行速度，但会增加启动时间。

通俗的说就是加了这个枚举,会使得初始化Regex对象变慢,但是执行字符串查找的时候更快, 不使用的话,初始化很多,查询比较慢

之前测过相差蛮大的 ,代码就不比较了,有兴趣的可以自己试试相差多少

另外还有一些枚举项,不确定是否对性能有影响,不过还是按规则使用会比较好

• RegexOptions.IgnoreCase    // 指定不区分大小写的匹配,  如果表达式中没有字母,则不需要设定
• RegexOptions.Multiline         // 多行模式。更改 ^ 和 $ 的含义....  如果表达式中没有^和$,则不需要设定
• RegexOptions.Singleline       // 指定单行模式。更改点 (.) 的含义....  如果表达式中没有.,则不需要设定

让编译器预处理常量的计算

编译器在编译程序段的时候 如果发现有一些运算是常量对常量的,那么他会在编译期间就计算完成,这样可以使程序在执行时不用重复计算了

比如

不过编译器有的时候也不是那么聪明的

这个时候就需要我们帮助一下了

给他加一个括号,让他知道应该先计算常量,这样就可以在编译期间进行运算了

字符串比较

这个可能很多人知道了,但还是提一下

string s = "";
) if(s == ""){}
) if(s == string.Empty){}
) if (string.IsNullOrEmpty(s)) { }
) if(s != null && s.Length ==) {}
) if((s+"").Length == ){}  

1,2最慢 3较快 4,5最快

1,2几乎没区别 4,5几乎没区别

不过这个只适用于比较null和空字符串,如果是连续的空白就是string.IsNullOrWhiteSpace最快了,不过这个方法2.0里面没有

所以2.0可以这样 (s+"").trim() == 0

这里的关键就是 s + ""  这个操作可以把null转换为""

注意第二个参数只能是""或string.Empty 这样的累加几乎是不消耗时间的,如果第二个参数是" "(一个空格)这个时间就远远不止了

字符串拼接

字符串累加,这个道理和Regex一样,不要盲目崇拜StringBuilder

在大量(或不确定的)string拼接的时候,StringBuilder确实可以起到提速的作用

而少数几个固定的string累加的时候就不需要StringBuilder 了,毕竟StringBuilder 的初始化也是需要时间的

感谢#5楼 2014-03-24 16:45 残蛹 博友提供的说明

ps: 这段我确实记得我是写过的来着,不知道怎么的,发出来的时候就不见了.....

此外还有一个string.Concat方法,该方法可以小幅度的优化程序的速度,幅度很小

他和string.Join的区别在于没有间隔符号(我之前常用string.Join("",a,b,c,d),不要告诉我只有我一个人这么干)

另一种经常遇到的字符串拼接

public string JoinIds(List<User> users)
{
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    foreach (var user in users)
    {
        sb.Append("'");
        sb.Append(user.Id);
        sb.Append("',");
    }
    sb.Length = sb.Length - ;
    return sb.ToString();
}

对于这种情况有2中优化的方案

对于3.5以上可以直接使用Linq辅助,这种方案代码少,但是性能相对差一些

public string JoinIds(List<User> users)
{
    return "'" + string.Join("','", users.Select(it => it.Id)) + "'";
}

对于非3.5或对性能要求极高的场合

public string JoinIds(List<User> users)
{
    var ee = users.GetEnumerator();
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    if (ee.MoveNext())
    {
        sb.Append("'");
        sb.Append(ee.Current.Id);
        sb.Append("'");
        while (ee.MoveNext())
        {
            sb.Append(",'");
            sb.Append(ee.Current.Id);
            sb.Append("'");
        }
    }
    return sb.ToString();
}

bool类型的判断返回

这种现象常见于新手程序员中

//写法1
if(state == )
{
    return true;
}
else
{
    return false;
}
//写法2
return state ==  ? true : false;
//优化后
return state == ;

类型的判断

一般类型的判断有2种形式

1,这种属于代码比较好写,但是性能比较低, 原因就是GetType()的时候消耗了很多时间

Type type = obj.GetType();
switch (type.Name)
{
    case "Int32":
        break;
    case "String":
        break;
    case "Boolean":
        break;
    case "DateTime":
        break;
    ...
    ...
    default:
        break;
}

2,这种属性写代码麻烦,但是性能很高的类型

if (obj is string)
{

}
else if (obj is int)
{

}
else if (obj is DateTime)
{

}
...
...
else
{

}

其实有个中间之道,既可以保证性能又可以比较好写

IConvertible conv = obj as IConvertible;
if (conv != null)
{
    switch (conv.GetTypeCode())
    {
        case TypeCode.Boolean:
            break;
        case TypeCode.Byte:
            break;
        case TypeCode.Char:
            break;
        case TypeCode.DBNull:
            break;
        case TypeCode.DateTime:
            break;
        case TypeCode.Decimal:
            break;
        case TypeCode.Double:
            break;
        case TypeCode.Empty:
            break;
        case TypeCode.Int16:
            break;
        case TypeCode.Int32:
            break;
        ...
        ...
        default:
            break;
    }
}
else
{
    //处理其他类型
}

大部分情况下 这个是可以用的 如果你自己有个类型实现了IConvertible,然后返回TypeCode.Int32 就不再这个讨论范围之内了

使用枚举作为索引

下面这个是一个真实的例子,为了突出重点,做了部分修改,删除了多余的分支,源代码中不只4个

enum TemplateCode
{
    None = ,
    Head = ,
    Menu = ,
    Foot = ,
    Welcome = ,
}

public string GetHtml(TemplateCode tc)
{
    switch (tc)
    {
        case TemplateCode.Head:
            return GetHead();
        case TemplateCode.Menu:
            return GetMenu();
        case TemplateCode.Foot:
            return GetFoot();
        case TemplateCode.Welcome:
            return GetWelcome();
        default:
            throw new ArgumentOutOfRangeException("tc");
    }
}

优化后

readonly static Func<string>[] GetTemplate = InitTemplateFunction();

private static Func<string>[] InitTemplateFunction()
{
    var arr = new Func<string>[];
    arr[] = GetHead;
    arr[] = GetMenu;
    arr[] = GetFoot;
    arr[] = GetWelcome;
    return arr;
} 

public string GetHtml(TemplateCode tc)
{
    var index = (int)tc;
    if (index >=  && index <= )
    {
        return GetTemplate[index]();
    }
    throw new ArgumentOutOfRangeException("tc");
}

不过有的时候,枚举不一定都是连续的数字,那么也可以使用Dictionary

readonly static Dictionary<TemplateCode, Func<string>> TemplateDict = InitTemplateFunction();

private static Dictionary<TemplateCode, Func<string>> InitTemplateFunction()
{
    var ditc = new Dictionary<TemplateCode, Func<string>>();
    ditc.Add(TemplateCode.Head, GetHead);
    ditc.Add(TemplateCode.Menu, GetMenu);
    ditc.Add(TemplateCode.Foot, GetFoot);
    ditc.Add(TemplateCode.Welcome, GetWelcome);
    return ditc;
} 

public string GetHtml(TemplateCode tc)
{
    Func<string> func;
    if (TemplateDict.TryGetValue(tc,out func))
    {
        return func();
    }
    throw new ArgumentOutOfRangeException("tc");
}

这种优化在分支比较多的时候很好用,少的时候作用有限

字符类型Char,分支判断时的处理技巧

这部分内容比较复杂,而且适用范围有限,如果平时用不到的就可以忽略了

在处理字符串对象的时候,有时会需要判断char的值然后做进一步的操作

public string Show(char c)
{
    if (c >= '0' && c <= '9')
    {
        return "数字";
    }
    else if (c >= 'a' && c <= 'z')
    {
        return "小写字母";
    }
    else if (c >= 'A' && c <= 'Z')
    {
        return "大写字母";
    }
    else if (c == '/' || c == '\\' || c == '|'
        || c == '$' || c == '#' || c == '+'
        || c == '%' || c == '&' || c == '-'
        || c == '^' || c == '*' || c == '=')
    {
        return "特殊符号";
    }
    else if (c == ',' || c == '.' || c == '!'
        || c == ':' || c == ';' || c == '?'
        || c == '"' || c == '\'')
    {
        return "标点符号";
    }
    else
    {
        return "其他";
    }
}

这里有一种空间换时间的优化方式, 虽说是空间换时间,但是实际浪费的空间不会很多,因为char最多只有65536长度

readonly static byte[] CharMap = InitCharMap();

private static byte[] InitCharMap()
{
    var arr = new byte[char.MaxValue];
    for (char i = ''; i <= ''; i++)
    {
        arr[i] = ;
    }
    for (char i = 'a'; i <= 'z'; i++)
    {
        arr[i] = ;
    }
    for (char i = 'A'; i <= 'Z'; i++)
    {
        arr[i] = ;
    }
    arr['/'] = ;
    arr['\\'] = ;
    arr['|'] = ;
    arr['$'] = ;
    arr['#'] = ;
    arr['+'] = ;
    arr['%'] = ;
    arr['&'] = ;
    arr['-'] = ;
    arr['^'] = ;
    arr['*'] = ;
    arr['='] = ;

    arr[','] = ;
    arr['.'] = ;
    arr['!'] = ;
    arr[':'] = ;
    arr[';'] = ;
    arr['?'] = ;
    arr['"'] = ;
    arr['\''] = ;
    return arr;
}

public string Show(char c)
{
    switch (CharMap[c])
    {
        case :
            return "其他";
        case :
            return "数字";
        case :
            return "小写字母";
        case :
            return "大写字母";
        case :
            return "特殊符号";
        case :
            return "标点符号";
        default:
            return "其他";
    }
}

原先仅特殊符号一部分就需要判断12次,修改过后只判断一次就可以得到结果了

这方面的栗子在我的Json组件(代码)(文章1,2,3)中也有使用

/// <summary>
/// <para>包含1: 可以为头的字符</para>
/// <para>包含2: 可以为单词的字符</para>
/// <para>包含4: 可以为数字的字符</para>
/// <para>等于8: 空白字符</para>
/// <para>包含16:转义字符</para>
/// <para></para>
/// </summary>
private readonly static byte[] _WordChars = new byte[char.MaxValue];
private readonly static sbyte[] _UnicodeFlags = new sbyte[];
private readonly static sbyte[, ,] _DateTimeWords;
static UnsafeJsonReader()
{
    for (int i = ; i < ; i++)
    {
        _UnicodeFlags[i] = -;
    }

    _WordChars['-'] =  | ;
    _WordChars['+'] =  | ;

    _WordChars['$'] =  | ;
    _WordChars['_'] =  | ;
    for (char c = 'a'; c <= 'z'; c++)
    {
        _WordChars[c] =  | ;
        _UnicodeFlags[c] = (sbyte)(c - 'a' + );
    }
    for (char c = 'A'; c <= 'Z'; c++)
    {
        _WordChars[c] =  | ;
        _UnicodeFlags[c] = (sbyte)(c - 'A' + );
    }

    _WordChars['.'] =  |  | ;
    for (char c = ''; c <= ''; c++)
    {
        _WordChars[c] = ;
        _UnicodeFlags[c] = (sbyte)(c - '');
    }

    //科学计数法
    _WordChars['e'] |= ;
    _WordChars['E'] |= ;

    _WordChars[' '] = ;
    _WordChars['\t'] = ;
    _WordChars['\r'] = ;
    _WordChars['\n'] = ;

    _WordChars['t'] |= ;
    _WordChars['r'] |= ;
    _WordChars['n'] |= ;
    _WordChars['f'] |= ;
    _WordChars[''] |= ;
    _WordChars['"'] |= ;
    _WordChars['\''] |= ;
    _WordChars['\\'] |= ;
    _WordChars['/'] |= ;

    string[] a =  { "jan", "feb", "mar", "apr", "may", "jun", "jul", "aug", "sep", "oct", "nov", "dec" };
    string[] b =  { "mon", "tue", "wed", "thu", "fri", "sat", "sun" };
    _DateTimeWords = new sbyte[, , ];

    for (sbyte i = ; i < a.Length; i++)
    {
        var d = a[i];
        _DateTimeWords[d[] - , d[] - , d[] - ] = (sbyte)(i + );
    }

    for (sbyte i = ; i < b.Length; i++)
    {
        var d = b[i];
        _DateTimeWords[d[] - , d[] - , d[] - ] = (sbyte)-(i + );
    }
    _DateTimeWords['g' - , 'm' - , 't' - ] = sbyte.MaxValue;
}

摘取部分blqw.Json的代码

结束了...还要后续吗?...貌似我又要懒一段时间