C# 代码性能优化举例

普通人如果说什么事情慢，指的是 5 分钟，10 分钟，或者 1 个小时、2 个小时。而程序员要说什么事情慢，他们指的是 2 纳秒。

每个纳秒对程序员来说都是非常宝贵的，所以，要对代码进行优化，优化，再优化，每个纳秒都不要浪费。

在 C# 程序中，完成一件任务通常都有若干种方法，但这些方法之间是存在一些差异的，特别是性能上的差异。本文尝试着举几个例子来说明这种差异。

1. 装箱还是不装箱（to box or not to box）

一般来说，值类型的数据都是在栈上操作的，而引用类型的数据都是在堆上的，而当值类型需要作为引用类型操作时，都要先对值类型数据进行装箱，使其变为引用类型。但装箱操作是一个成本很高的操作，要尽量避免使用。如对于如下代码：

static string GetArrayInfo(Array a)
{
    string s = $"An array with {a.Length} elements.";
    return s;
}

其中，a.Length 是一个整型的值类型变量，与字符串混合在一起时，需要进行装箱操作。可改为如下代码以避免装箱操作：

static string GetArrayInfo(Array a)
{
    string s = "An array with " + a.Length.ToString() + " elements.";
    return s;
}

2. 构造字符串（building strings） 

构造字符串，可以使用 StringBuilder，也可以直接用 + 操作符（编译为对 Concat() 方法的调用）连接字符串。一般来说，使用 StringBuilder 是一种高性能的字符串构造方案，但也不尽然，尤其是 StringBuilder 的 AppendFormat() 方法，成本很高，应尽量避免使用。举例如下。

static string Greeting(string name)
{
    StringBuilder sb = new();
    _ = sb.AppendFormat("Hello, {0}", name ?? "null");
    return sb.ToString();
}

下面的代码使用 Append() 方法构造字符串：

static string Greeting(string name)
{
    StringBuilder sb = new();
    _ = sb.Append("Hello, ");
    _ = sb.Append(name ?? "null");
    return sb.ToString();
}

最后，我们用 + 操作符（Concat() 方法）构造同样的字符串：

static string Greeting(string name)
{
    return "Hello, " + name ?? "null";
}

经过实测，+ 操作符方法（Concat() 方法）性能最好，StringBuilder 的 Append() 次之，AppendFormat() 最差。

3. 类型转换（type conversion）

如将一个数字字符串转换为整型数，一般有三种方法实现转换：

// 方法1：
_ = int.TryParse("123", out int n);

// 方法2：
int n = int.Parse("123");

// 方法3：
int n = Convert.ToInt32("123");

这三种方法都可以。从安全性上讲，int.TryParse() 最安全，从性能上说，则 Convert.ToInt32() 最好（但也相差不大）。如果能确定输入字符串的合法性，则尽量使用 Convert.ToInt32() 方法，反之，则使用 int.TryParse() 以避免抛出异常。

以上三个实例的实测数据如下图所示，这是经过 100 次循环，每次循环执行 1000000 次调用，经过平均后得出的结果。

提高程序的运行性能，除了选用高性能的硬件（高性能CPU、内存、硬盘等）之外，在软件上也要下功夫进行优化。优化涉及的方面很多，代码优化是其中很重要的环节。本文从“黑盒”角度举了几个例子并进行实际测试，以揭示不同方法的实现性能。