Почему выполнение цикла foreach над массивом структур в C# происходит быстрее, чем при использовании цикла for?

Question

Michael

c# , .net

Почему выполнение цикла foreach над массивом структур в C# происходит быстрее, чем при использовании цикла for?

Здравствуйте! У меня есть тест, который измеряет скорость обработки массива структур, сравнивая обработку с передачей данных по значению и по ссылке. Вот его код: <br/> <pre><code class="cs">[MemoryDiagnoser]
public class Tests
{
  private QS[] _qs;

  public Tests()
  {
    _qs = null!;
  }

  [GlobalSetup]
  public void Init()
  {
    _qs = new QS[100000];
    for (int i = 0; i &lt; 100000; i++) {
      _qs[i] = new QS() { Length = i, Start = i, Source = string.Empty };
    }
  }

  [Benchmark(Baseline = true)]
  [MinIterationCount(25)]
  [InvocationCount(10000)]
  public bool Foreach()
  {
    foreach (var qs in _qs)
      if (ByValue(qs))
        return true;
    return false;
  }

  [Benchmark]
  [MinIterationCount(25)]
  [InvocationCount(10000)]
  public bool ForeachIn()
  {
    foreach (var qs in _qs)
      if (ByRef(in qs))
        return true;
    return false;
  }

  [Benchmark]
  [MinIterationCount(25)]
  [InvocationCount(10000)]
  public bool For()
  {
    for (var i = 0; i &lt; _qs.Length; i++)
      if (ByValue(_qs[i]))
        return true;
    return false;
  }

  [Benchmark]
  [MinIterationCount(25)]
  [InvocationCount(10000)]
  public bool ForRef()
  {
    for (var i = 0; i &lt; _qs.Length; i++) {
      if (ByRef(ref _qs[i]))
        return true;
    }
    return false;
  }

  private bool ByValue(QS qs)
  {
    return qs.Start != qs.Length;
  }

  private bool ByRef(ref readonly QS qs)
  {
    return qs.Start != qs.Length;
  }
}

public struct QS
{
  public int Start { get; set; }

  public int Length { get; set; }

  public string? Source { get; set; }
}</code></pre> <br/> Каков результат выполнения этого теста? <br/>

25 февраля 2025 г. 8:44

Ответы на вопрос 3

Похожие вопросы

Answer 1

Результаты производительности могут варьироваться в зависимости от различных факторов, но давайте проанализируем ваш код и разберем, почему в некоторых случаях `foreach` может работать быстрее, чем `for`.

### Почему `foreach` может быть быстрее:
1. **Оптимизации компилятора**: Компилятор C# может применять различные оптимизации при использовании `foreach`, особенно когда он работает с массивами. В случае массива, компилятор может создать более оптимизированный код, учитывающий, что вы обрабатываете элементы последовательно.

2. **Избежание индексации**: В конструкции `for` вы используете `i` как индекс, чтобы получить доступ к элементам массива. Это может привести к дополнительным вычислениям при каждом обращении к элементу (индексации), в то время как `foreach` напрямую перебирает элементы массива, что в некоторых случаях может быть более эффективно.

3. **Безопасность типов**: Использование `foreach` гарантирует, что вы не получите выход за пределы массива, поскольку компилятор проверяет это на этапе компиляции.

### Различия между `ByValue` и `ByRef`:
- В случае `ByValue`, вы копируете структуру `QS`, что может быть затратно по времени, когда структура большая.
- В случае `ByRef`, вы передаете структуру по ссылке, и это может упростить и ускорить обработку.

### Ожидаемые результаты:
- **Метод `Foreach`**: Ожидается, что будет быстрым благодаря оптимизациям и минимизации накладных расходов на доступ к элементам массива.
- **Метод `For`**: Может быть менее эффективным, поскольку в нем используется индексирование, что может добавлять дополнительные затраты.

### Результаты:
На практике результаты выполнения теста зависят от архитектуры, версии компилятора и среды выполнения .NET, но в большинстве случаев можно ожидать:
- `Foreach` будет показывать лучшие результаты по сравнению с `For`.
- `ForeachIn` и `ForRef` могут показать аналогичные или чуть медленные результаты, в зависимости от оптимизации.
  
Чтобы получить точные результаты, вам нужно запустить тестирование с помощью BenchmarkDotNet и посмотреть на окончательные замеры. Обычно для получения более точной информации требуется оценивать производительность на разных конфигурациях системы и в разных условиях.

Answer 2

Не буду умничать, что foreach это синтаксический сахар над while и IEnumerable / IEnumerator, и как минимум нет проверки условий, вы просто ловите эксепшн, когда нет следущего элемента )) В общем обычно в таких вопросах рекомендуется смотреть в генерируемый IL, тогда будет все понятно

Answer 3

Возможно, что это связано с проверкой границ массива в случае с for, в то время как foreach использует итератор, который позволяет не делать эту проверку.