使用 C# 类型来表达度量单位

Question

我试图通过将 double 包装到结构中来获得我所说的测量单位系统。我有 C# 结构，如米、秒、度等。我最初的想法是，在编译器内联所有内容后，我将获得与使用 double 相同的性能。

我的显式和隐式运算符简单明了，编译器实际上内联它们，但使用 Meter 和 Second 的代码比使用 double 的相同代码慢 10 倍。

我的问题是：如果 C# 编译器无论如何都内联所有内容，为什么不能使使用 Second 的代码与使用 double 的代码一样最佳？

第二个定义如下：

struct Second
{
    double _value; // no more fields.

    public static Second operator + (Second left, Second right) 
    { 
        return left._value + right._value; 
    }
    public static implicit Second operator (double value) 
    { 
        // This seems to be faster than having constructor :)
        return new Second { _value = value };
    }

    // plenty of similar operators
}

更新：

我没有问结构是否适合这里。确实如此。

我没有问代码是否会被内联。 JIT 确实内联了它。

我检查了运行时发出的汇编操作。它们对于这样的代码是不同的：

var x = new double();
for (var i = 0; i < 1000000; i++)
{ 
    x = x + 2;
    // Many other simple operator calls here
}

和这样的：

var x = new Second();
for (var i = 0; i < 1000000; i++)
{ 
    x = x + 2;
    // Many other simple operator calls here
}

反汇编中没有调用指令，因此操作实际上是内联的。但差异是显着的。性能测试表明，使用 Second 比使用 double 慢 10 倍。

所以我的问题是（注意！）：为什么 JIT 生成的 IA64 代码与上述情况不同？怎样才能使 struct 运行得像 double 一样快？ double 和 Second 之间似乎没有理论上的区别，我看到的差异的深层原因是什么？

Answer 1

这是我的观点，如果你不同意，请写评论，而不是默默地投反对票。

C# 编译器不会内联它。 JIT 编译器可能会这样做，但这对我们来说是不确定的，因为 JITer 的行为并不简单。

对于double，实际上不会调用任何运算符。使用操作码 add 将操作数添加到堆栈中。在您的情况下，将调用方法 op_Add 以及三个 struct 复制到堆栈和从堆栈复制。

要优化它，请从用 class 替换 struct 开始。它至少会最大限度地减少副本数量。

Answer 2

C# 编译器不会内联任何东西 - JIT 可能会这样做，但没有义务这样做。不过它应该仍然足够快。不过，我可能会删除 + 中的隐式转换（请参阅下面的构造函数用法） - 还要查看另一个运算符：

private readonly double _value;
public double Value { get { return _value; } }
public Second(double value) { this._value = value; }
public static Second operator +(Second left, Second right) {
    return new Second(left._value + right._value);
}
public static implicit operator Second(double value)  {
    return new Second(value);
}

JIT 内联仅限于特定场景。这段代码会让他们满意吗？很难说 - 但对于大多数情况来说，它应该可以工作并且工作足够快。 + 的问题是有一个用于添加双精度数的 IL 操作码；它几乎没有工作 - 因为你的代码正在调用一些静态方法和构造函数；即使内联，总会有一些开销。