为何C#中(result >> 8) & hfm比((operand1^result^operand2)>>8)&hfm更慢？

测试代码 #

void Main()
{
  const byte hfm = 0b0001_0000;
  
  UInt16 operand1 = 0x2;
  UInt16 operand2 = 0xFFFE;
  UInt32 result = (UInt32)(operand1 + operand2);
  UInt32 hf;
  var timer = new Stopwatch();
  
  timer.Start();
  for (var i = 0; i < 500_000_000; i++)
  {
    hf = (((operand1 ^ result ^ operand2) >> 8) & hfm);
  }
  timer.Stop();
  timer.Elapsed.Dump("(((operand1 ^ result ^ operand2) >> 8) & hfm)");

  timer.Restart();
  for (var i = 0; i < 500_000_000; i++)
  {
    hf = (result >> 8) & hfm;
  }
  timer.Stop();
  timer.Elapsed.Dump("(result >> 8) & hfm");
}

Debug模式测试结果 #

(((operand1 ^ result ^ operand2) >> 8) & hfm)
00:00:01.1278598

(result >> 8) & hfm
00:00:01.1612988

代码更简洁的第二段循环，耗时反而比第一段多约0.03秒。

逐步简化后的性能变化 #

• 移除两处的& hfm后，第二段代码耗时基本不变，第一段仅比第二段快约0.002秒
• 再移除>> 8后，第一段才比第二段快约0.01秒

对应的IL指令 #

第一段代码的IL #

IL_0022  ldloc.0     // operand1
IL_0023  ldloc.2     // result
IL_0024  xor  
IL_0025  ldloc.1     // operand2
IL_0026  xor  
IL_0027  ldc.i4.8  
IL_0028  shr.un  
IL_0029  ldc.i4.s  10  // 16
IL_002B  and  
IL_002C  stloc.3     // hf

第二段代码的IL #

IL_0073  ldloc.2     // result
IL_0074  ldc.i4.8  
IL_0075  shr.un  
IL_0076  ldc.i4.s  10  // 16
IL_0078  and  
IL_0079  stloc.3     // hf

从IL指令来看，第二段的操作步骤更少，理论上应该更快，但实际测试结果相反。

最终结论 #

进一步测试发现，LINQPad默认以Debug模式编译代码，切换为Release模式后两段代码的性能基本相近。Debug模式下的性能差异源于该模式会禁用大部分优化逻辑，同时插入调试相关的辅助代码，导致实际执行效率和IL层面的理论分析出现偏差。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Lee