三探C#類與結構體究竟誰快——MSIL（微軟中繼語言）解讀

上次我分別測試了類與結構體（http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2011/09/19/2186623.html）、密封類（http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2011/09/20/2186622.html）的函數調用速度評測。現在進行進一步分析，解讀編譯器產生的MSIL（微軟中繼語言）代碼。

一、前期準備

先找到“IL 反組譯工具”（開始\程式\Microsoft Visual Studio 2010\Microsoft Windows SDK Tools\）——

運行“IL 反組譯工具”，開啟編譯後的exe。展開節點，雙擊葉子節點查看MSIL代碼——

二、結果分析

然後我們將測試函數調用的那行代碼複製提取出來。如的“IL_004c”行。
在複製提取過程中，發現VS2005與VS2010產生的函數調用代碼是完全一樣的。刪除囉嗦的名稱空間，將結果整理為表格——

模式	MSIL	亮點
靜態調用	call       uint8*  TryIt_Static_Ptr(uint8*)	靜態函數
調用衍生類別	callvirt   instance uint8*  PointerCall::Ptr(uint8*)	虛方法
調用密封類	callvirt   instance uint8*  SldPointerCallAdd::Ptr(uint8*)	虛方法
調用結構體	call       instance uint8*  SPointerCallAdd::Ptr(uint8*)	方法（非虛）
調用基類	callvirt   instance uint8*  PointerCall::Ptr(uint8*)	虛方法
調用衍生類別的介面	callvirt   instance uint8*  IPointerCall::Ptr(uint8*)	虛方法
調用密封類的介面	callvirt   instance uint8*  IPointerCall::Ptr(uint8*)	虛方法
調用結構體的介面	callvirt   instance uint8*  IPointerCall::Ptr(uint8*)	虛方法
基類泛型調用衍生類別	call       uint8*  CallClassPtr<class PointerCallAdd>(!!0, uint8*)	class
基類泛型調用基類	call       uint8*  CallClassPtr<class PointerCall>(!!0, uint8*)	class
介面泛型調用衍生類別	call       uint8* CallPtr<class  PointerCallAdd>(!!0, uint8*)	class
介面泛型調用密封類	call       uint8* CallPtr<class  SldPointerCallAdd>(!!0, uint8*)	class
介面泛型調用結構體	call       uint8*  CallPtr<valuetype SPointerCallAdd>(!!0, uint8*)	valuetype
介面泛型調用結構體引用	call       uint8*  CallRefPtr<valuetype SPointerCallAdd>(!!0&, uint8*)	valuetype
介面泛型調用基類	call       uint8* CallPtr<class  PointerCall>(!!0, uint8*)	class
介面泛型調用衍生類別的介面	call       uint8* CallPtr<class  IPointerCall>(!!0, uint8*)	class
介面泛型調用密封類的介面	call       uint8* CallPtr<class  IPointerCall>(!!0, uint8*)	class
介面泛型調用結構體的介面	call       uint8* CallPtr<class  IPointerCall>(!!0, uint8*)	class

觀察上面的表格，我們發現——
1.編譯的IL代碼時，並沒有做內聯（inline。將子函數展開）最佳化，而根據語義統統編譯為不同的調用（call）。看來最佳化工作是JIT（即時編譯器）負責的。
2.調用結構體是 方法調用（call instance）。JIT可根據此資訊安排內聯最佳化。
3.調用衍生類別是 虛方法調用（callvirt instance）。因為被編譯為 調用基類的虛方法（PointerCall::Ptr），所以JIT認為其是正常的虛方法調用，不最佳化。
4.調用密封類是 虛方法調用（callvirt instance），與衍生類別調用一致。但由於其留下了類型資訊（SldPointerCallAdd::Ptr），JIT發現它是一個密封類，於是安排內聯最佳化。
5.泛型方法雖然也是用call指令，但它帶有泛型參數，所以其行為與普通call調用不同。
6.結構體調用泛型方法時，會使用valuetype關鍵字。JIT可根據此資訊安排最佳化（VS005的JIT有所最佳化；而VS2010的JIT將其進行徹底的內聯最佳化）。

 

附錄A、轉為介面時的IL代碼

衍生類別轉為介面——
  IL_001d:  ldloc.0
  IL_001e:  stloc.s    V_4

密封類轉為介面——
  IL_0020:  ldloc.1
  IL_0021:  stloc.s    V_5

結構體轉為介面——
  IL_0023:  ldloc.2
  IL_0024:  box        TryPointerCall.SPointerCallAdd
  IL_0029:  stloc.s    V_6

可見結構體轉為介面時多了裝箱操作，影響了效能。

附錄B、結構體泛型調用的IL代碼

介面泛型調用結構體——
  IL_0391:  ldloc.2
  IL_0392:  ldloc.s    V_7
  IL_0394:  call       uint8* TryPointerCall.PointerCallTool::CallPtr<valuetype TryPointerCall.SPointerCallAdd>(!!0,uint8*)

介面泛型調用結構體引用——
  IL_03dd:  ldloca.s   V_2
  IL_03df:  ldloc.s    V_7
  IL_03e1:  call       uint8* TryPointerCall.PointerCallTool::CallRefPtr<valuetype TryPointerCall.SPointerCallAdd>(!!0&,uint8*)

可見泛型調用的IL代碼並不複雜，與普通調用基本一樣，也是先將參數放入堆棧再call。對於引用參數，將“ldloc.*”指令換成“ldloca.s”指令就行了。

（完）

 

目錄——
C#類與結構體究竟誰快——各種函數調用模式速度評測：http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2011/09/19/2186623.html
再探C#類與結構體究竟誰快——考慮棧變數、棧分配、64位整數、密封類：http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2011/09/20/2186622.html
三探C#類與結構體究竟誰快——MSIL（微軟中繼語言）解讀：http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2011/09/24/2189403.html
四探C#類與結構體究竟誰快——跨程式集（assembly）調用：http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2011/10/01/2197844.html