程序性能优化之防止装箱将拆装箱最小化

.NET提供struct类型，正确使用可以减少对象数量，从而降低GC压力，提高性能。不过有时候我会发现，某些同学有这方面的意识，但是有时候一疏忽一偷懒，就没有得到相应的效果了。这里举一个真实的例子：假设我们要将一对int作为字典的键，用于映射到某些数据，那么你会怎么做？当然我们可以直接使用Tuple<int, int>，但这样就可能产生大量的对象。于是我们打算使用自定义的值类型：

private struct MyKey {
    private readonly int _a;
    private readonly int _b;

    public MyKey(int a, int b) {
        _a = a;
        _b = b;
    }
}

这么做正确吗？假如你做一下测试，会发现它已经可以“正确使用”了，但实际上还是错误的。我们用它来做字典的键，会依赖GetHashCode和Equals两个方法，由于MyKey没有提供这两个方法，就会自动使用System.ValueType里的实现，这便引起了装箱。

好吧，那么我们就来实现一下：

private struct MyKey {
    // ...

    public override int GetHashCode() {
        // ...
    }

    public override bool Equals(object that) {
        // ...
    }
}

那么现在呢？可能现在您就会比较容易意识到，即便GetHashCode已经没有问题了，但是Equals方法还是会引起装箱，因为that参数依然是object类型。

怎么破？当然有办法，因为像HashSet<T>或是Dictionary<TKey, TValue>集合其实都不会直接调用GetHashCode和Equals方法，都是通过一个IEqualityComparer<T>对象来委托调用的：

public interface IEqualityComparer<in T> {
    bool Equals(T x, T y);
    int GetHashCode(T obj);
}

假如在创建集合的时候没有提供比较器，则会使用默认的EqualityComparer<T>.Default对象，它的构造方法是这样的：

private static EqualityComparer<T> CreateComparer<T>() {
    Contract.Ensures(Contract.Result<EqualityComparer<T>>() != null);

    RuntimeType t = (RuntimeType)typeof(T);
    // Specialize type byte for performance reasons 
    if (t == typeof(byte)) {
        return (EqualityComparer<T>)(object)(new ByteEqualityComparer());
    }

    // If T implements IEquatable<T> return a GenericEqualityComparer<T>
    if (typeof(IEquatable<T>).IsAssignableFrom(t)) {
        return (EqualityComparer<T>)RuntimeTypeHandle.CreateInstanceForAnotherGenericParameter(
                (RuntimeType)typeof(GenericEqualityComparer<int>), t);
    }

    // If T is a Nullable<U> where U implements IEquatable<U> return a NullableEqualityComparer<U>
    if (t.IsGenericType && t.GetGenericTypeDefinition() == typeof(Nullable<>)) {
        RuntimeType u = (RuntimeType)t.GetGenericArguments()[0];
        if (typeof(IEquatable<>).MakeGenericType(u).IsAssignableFrom(u)) {
            return (EqualityComparer<T>)RuntimeTypeHandle.CreateInstanceForAnotherGenericParameter(
                    (RuntimeType)typeof(NullableEqualityComparer<int>), u);
        }
    }

    // If T is an int-based Enum, return an EnumEqualityComparer<T>
    // See the METHOD__JIT_HELPERS__UNSAFE_ENUM_CAST and METHOD__JIT_HELPERS__UNSAFE_ENUM_CAST_LONG cases in getILIntrinsicImplementation 
    if (t.IsEnum && Enum.GetUnderlyingType(t) == typeof(int)) {
        return (EqualityComparer<T>)RuntimeTypeHandle.CreateInstanceForAnotherGenericParameter(
                (RuntimeType)typeof(EnumEqualityComparer<int>), t);
    }

    // Otherwise return an ObjectEqualityComparer<T> 
    return new ObjectEqualityComparer<T>();
}

可以看出，根据不同的情况它会使用各式不同的比较器。其中最适合我们的自然就是实现IEquatable<T>接口的分支了。于是我们可以这么做：

struct MyKey : IEquatable<MyKey> {
    // ...

    public bool Equals(MyKey that) {
        // ...
    }
}