性能测试PowerShell整数除法的两种方法

Question

Microsoft technet 建议 [Math]::Floor([int]$a / [int]$b) 用于整数除法。我相信 [int][Math]::Floor($a / $b) 由于减少了一次强制转换操作，因此可读性更强，性能也更高。 我已经证明这两种方法是等效的。但是，我无法得到一致的结果。我的方法包括重复这两种方法 10,000 次，并使用 Measure-Command cmdlet。然而，不能构建一个测试，其中一个测试重复地比另一个测试表现更好。我的代码如下：

Write-Host
$loopLength = 10000

$runtime = Measure-Command {
    1..$loopLength | ForEach-Object {
        Foreach ($divisor in 2,3,5,7) {
            [Math]::Floor([int]$_ / [int]$divisor) > $null
        }
    }
}

"Double Cast: $($runtime.TotalMilliSeconds)"

$runtime = Measure-Command {
    1..$loopLength | ForEach-Object {
        Foreach ($divisor in 2,3,5,7) {
            [int][Math]::Floor($_ / $divisor) > $null           
        }
    }
}
"Single Cast: $($runtime.TotalMilliSeconds)"

如何修改我的代码，以便获得一致的结果，证明一种方法比另一种方法更好。

Answer 1

对于我来说，这个性能优化并不是很重要。 PowerShell 本身比编译语言慢得多，因此如果您确实需要性能，请使用编译语言或使用 Add-Type 编译代码。

除此之外，如果您测试性能，则需要最少的其他可能改变结果的代码。 Foreach-Object 本身增加了其自身的复杂性。这就是为什么我建议改用 foreach 语句。

令人惊讶的是，我的机器上的结果有时相反。

[76]: $loopLength = 100000
[77]:
[77]: $runtime = Measure-Command {
>>     foreach($i in 1..$loopLength) {
>>         Foreach ($divisor in 2,3,5,7) {
>>             [Math]::Floor([int]$i / [int]$divisor) > $null
>>         }
>>     }
>> }
>>
[78]: "Double Cast: $($runtime.TotalMilliSeconds)"
Double Cast: 16294.3328
[79]:
[79]: $runtime = Measure-Command {
>>     foreach($i in 1..$loopLength) {
>>         Foreach ($divisor in 2,3,5,7) {
>>             [int][Math]::Floor($i / $divisor) > $null
>>         }
>>     }
>> }
>> "Single Cast: $($runtime.TotalMilliSeconds)"
>>
Single Cast: 15924.3836

Answer 2

通过使用良好的老式 For 循环，我还能够将 ForEach 示例的时间缩短约 7 倍；尽管最快和最慢的差距仍然只有20毫秒左右。

然而，您还应该注意非整数输入的两个转换位置的细微操作差异：

• [Math]::Floor([int]17.2 / [int]1.1) = 17
• [ int][Math]::Floor(17.2 / 1.1) = 15

平均 For 循环代码：

$Spins       = 100
$loopLength  = 10000
$Denominator = 2,3,5,7

$runtime = Measure-Command {
   for($s=0;$s -lt $Spins;$s++){
    for($Numerator=1;$Numerator -le $loopLength; $Numerator++){
        For($i=0;$i -lt 4;$i++) {
            $null=[Math]::Floor([int]$Numerator / [int]$Denominator[$i])
        }
    }
   }
}

"Double Cast: $($runtime.TotalMilliSeconds/$Spins)"

$runtime = Measure-Command {
   for($s=0;$s -lt $Spins;$s++){
    for($Numerator=1;$Numerator -le $loopLength; $Numerator++){
        For($i=0;$i -lt 4;$i++) {
            $null=[int][Math]::Floor($Numerator / $Denominator[$i])
        }
    }
   }
}
"Single Cast: $($runtime.TotalMilliSeconds/$Spins)"

add-type -TypeDefinition @'
public class intOps{
   public static ulong div(ulong a, ulong b){
      return a/b;
   }
}
'@
$runtime = Measure-Command {
   for($s=0;$s -lt $Spins;$s++){
    for($Numerator=1;$Numerator -le $loopLength; $Numerator++){
        For($i=0;$i -lt 4;$i++) {
            $null=[intOps]::div($Numerator,$Denominator[$i])
        }
    }
   }
}
"C# Cast: $($runtime.TotalMilliSeconds/$Spins)"

Answer 3

TechNet 上的示例有点愚蠢，因为数字已经是 System.Int32 类型。看一下这个示例：

PS C:\Users\andy> [math]::floor( 100 / 26 ).GetType().Fullname
System.Double
PS C:\Users\andy> (100).GetType().FullName
System.Int32
PS C:\Users\andy> [int].FullName
System.Int32

因此完全没有必要将 [int] 放在 Floor 方法参数前面，因为它们已经是 System.Int32 类型。

另外，无论如何，您都不希望将返回的 System.Double 转换为 Int32，因为返回值可能比 Int32 更大。抓住。例如：

PS C:\Users\andy> [int][math]::floor( ([int]::MaxValue + 1) / 1 )
Cannot convert value "2147483648" to type "System.Int32". Error: "Value was either too large or too small for an Int32."

就性能而言，速度差异可以忽略不计。无论您是否愿意，PowerShell 引擎都会在幕后执行大量类型适应和强制转换...它是这样设计的，因此系统管理员不必过多担心 int、double、小数等...数字就是数字吧？ ;-) 例如：

[Math]::Floor("123")
# This outputs 123 as System.Double.

这甚至无法在 C# 中编译。 PowerShell 运行时执行必要的转换以满足 Floor 方法签名。

另一个例子：

"2" / "1"
# This outputs 2 as System.Int32.

字符串无法进行除法，但 PowerShell 引擎会在后台进行转换，以便您完成这项工作。

以下是我的机器的性能结果：

function Get-SingleCastTime {
    $runtime = Measure-Command {
        1..10000 | ForEach-Object {
            Foreach ($divisor in 2,3,5,7) {
                [int][Math]::Floor($_ / $divisor) > $null          
            }
        }
    }
    "Single Cast: $($runtime.TotalMilliSeconds)"
}

function Get-DoubleCastTime {
    $runtime = Measure-Command {
        1..10000 | ForEach-Object {
            Foreach ($divisor in 2,3,5,7) {
                [Math]::Floor([int]$_ / [int]$divisor) > $null
            }
        }
    }

    "Double Cast: $($runtime.TotalMilliSeconds)"
}

Get-SingleCastTime
#Single Cast: 614.6537

Get-DoubleCastTime
#Double Cast: 545.2668

Get-DoubleCastTime
#Double Cast: 514.2103

Get-SingleCastTime
#Single Cast: 526.9188