我最近在研读《CLR via C#》,其中有一个章节讲String类型,Jeffrey说当进行不区分大小写的字符串对比时,应当尽量多的使用ToUpperInvariant,因为一方面CLR对转换为大写的操作进行了专门的优化,使其性能更加卓越;另一方面ToUpperInvariant和ToLowerInvariant忽略了对语言文化的处理,因此性能比ToUpper和ToLower要快得多。
从理论层面上来讲,这应该是正确的。但是究竟能快多少呢?或者说这种性能提升值不值得我们付出专门的精力来关注呢?
我们下面就进行一个测试,看看它们究竟能对性能产生多大影响。
首先,我实例化了一个 char 类型数组,并使用 Char Code 在 0 到 133 之间的随机字符填满,我们就得到了一个随机的测试用例,其中包含半角符号、小写英文字母和大写英文字母。
然后我要分别测试 Char 类型的四个静态函数和 String 类型的四个实例函数,我猜测 String 类型中的实例函数实际上也是通过 Char 类型中相对应的静态函数实现的。
为了避免CLR的内存优化对测试结果产生影响,每执行一项测试之前,都将在堆中创建新的示例,并从测试用例中复制成员。
除此之外,为了尽量保证测试结果的正确性,我将循环执行并记录测试代码 N 次,之后取它们的去权平均值。
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下面是测试代码:
填充数组:
1 static void Fill() 2 { 3 //实例化一个容纳10000个字符的数组 4 letters = new char[maxElementsCount]; 5 //填充数组 6 for (int i = 0; i < maxElementsCount; i++) 7 { 8 var charcode = R.Next(0, 133); 9 letters[i] = Convert.ToChar(charcode); 10 } 11 }
执行 Char 静态方法测试的执行函数:
1 static double Invoke(Action<char[]> func,string testname) 2 { 3 char[] source = new char[maxElementsCount]; 4 letters.CopyTo(source, 0); 5 DateTime start = DateTime.Now; //当前时间 6 DateTime end = DateTime.Now; 7 Console.WriteLine("开始测试 "+ testname + " [开始时间:" + start.ToString() + "]"); 8 func(source); 9 end = DateTime.Now; 10 var during = (end - start).TotalMilliseconds; 11 Console.WriteLine("测试 " + testname + " 完成,耗时" + during + "毫秒[结束时间:" + end.ToString() + "]"); 12 return during; 13 }
执行 String 实例方法的执行函数:
1 static double InvokeString(Action<string> func, string testname) 2 { 3 string source = new string(letters); 4 DateTime start = DateTime.Now; //当前时间 5 DateTime end = DateTime.Now; 6 Console.WriteLine("开始测试 " + testname + " [开始时间:" + start.ToString() + "]"); 7 func(source); 8 end = DateTime.Now; 9 var during = (end - start).TotalMilliseconds; 10 Console.WriteLine("测试 " + testname + " 完成,耗时" + during + "毫秒[结束时间:" + end.ToString() + "]"); 11 return during; 12 }
测试方法:
1 static void Run(int maxElementsCount) 2 { 3 Fill(); 4 5 char_tolower.Add(Invoke(s => 6 { 7 for (int i = 0; i < s.Length; i++) 8 { 9 char.ToLower(s[i]); 10 } 11 }, "Char.ToLower")); 12 13 char_toupper.Add(Invoke(s => 14 { 15 for (int i = 0; i < s.Length; i++) 16 { 17 char.ToUpper(s[i]); 18 } 19 }, "Char.ToUpper")); 20 21 char_tolowerinvariant.Add(Invoke(s => 22 { 23 for (int i = 0; i < s.Length; i++) 24 { 25 char.ToLowerInvariant(s[i]); 26 } 27 }, "Char.ToLowerInvariant")); 28 29 char_toupperinvariant.Add(Invoke(s => 30 { 31 for (int i = 0; i < s.Length; i++) 32 { 33 char.ToUpperInvariant(s[i]); 34 } 35 }, "Char.ToUpperInvariant")); 36 37 string_tolower.Add(InvokeString(s => 38 { 39 s.ToLower(); 40 }, "String.ToLower")); 41 42 string_toupper.Add(InvokeString(s => 43 { 44 s.ToUpper(); 45 }, "String.ToUpper")); 46 47 string_tolowerinvariant.Add(InvokeString(s => 48 { 49 s.ToLowerInvariant(); 50 }, "String.ToLowerInvariant")); 51 52 string_toupperinvariant.Add(InvokeString(s => 53 { 54 s.ToUpperInvariant(); 55 }, "String.ToUpperInvariant")); 56 }
以下是循环执行1000次的去权平均数:
从结果中我们可以看出,ToLowerInvariant 和 ToUpperInvariant 因为忽略的语言信息,性能的确是比关注语言信息的 ToLower 和 ToUpper 要快一些。但是Char.ToUpper的性能比Char.ToLower的性能竟然还要差,这可能是由于随机的测试数据不够随机造成的。
此外,还可以得出 String 类型的四个实例函数并非通过 Char 中的静态函数实现的 , 这应该是因为.NET CLR 中定义的 String 是一个单独的基元类型,而并非是 Char 数组 , 因此经过了单独的实现,并且性能明显要好过 Char 的数组。
但是我这里用的测试数据是一个长达 100万 字的字符串,在这种情况下的性能损失不足0.1毫秒,实在是不值一提。我测试用的电脑是 i5 4代处理器,相信在计算能力更强的处理器上,这个数值将被无限的缩小。因此我们在实际开发中几乎不需要特别关注应当用哪个方法,特别是如果在做国际化的应用时,ToLowerInvariant 和 ToUpperInvariant 虽然能够带来性能的提升,但是也可能导致隐形BUG,并不值得推广。此外,在开发中我们应当尽量少的使用 Char 类型,一个 Char 类型对象要单独占用一个栈内存地址,且只能存储一个字符,实在是太不合算。