为什么简单的get语句如此之慢？

几年前，我在学校完成了一项任务，在那里我必须并行化Raytracer。
这是一个简单的任务，我真的很喜欢它的工作。

今天，我觉得要分析光线跟踪器，看看我是否可以让它更快地运行（没有完全检修代码）。 在分析期间，我发现了一些有趣的东西：

// Sphere.Intersect public bool Intersect(Ray ray, Intersection hit) { double a = ray.Dir.x * ray.Dir.x + ray.Dir.y * ray.Dir.y + ray.Dir.z * ray.Dir.z; double b = 2 * (ray.Dir.x * (ray.Pos.x - Center.x) + ray.Dir.y * (ray.Pos.y - Center.y) + ray.Dir.z * (ray.Pos.z - Center.z)); double c = (ray.Pos.x - Center.x) * (ray.Pos.x - Center.x) + (ray.Pos.y - Center.y) * (ray.Pos.y - Center.y) + (ray.Pos.z - Center.z) * (ray.Pos.z - Center.z) - Radius * Radius; // more stuff here } 

根据分析器，25％的CPU时间花在get_Dir和get_Pos ，这就是为什么我决定以下列方式优化代码：

  // Sphere.Intersect public bool Intersect(Ray ray, Intersection hit) { Vector3d dir = ray.Dir, pos = ray.Pos; double xDir = dir.x, yDir = dir.y, zDir = dir.z, xPos = pos.x, yPos = pos.y, zPos = pos.z, xCen = Center.x, yCen = Center.y, zCen = Center.z; double a = xDir * xDir + yDir * yDir + zDir * zDir; double b = 2 * (xDir * (xPos - xCen) + yDir * (yPos - yCen) + zDir * (zPos - zCen)); double c = (xPos - xCen) * (xPos - xCen) + (yPos - yCen) * (yPos - yCen) + (zPos - zCen) * (zPos - zCen) - Radius * Radius; // more stuff here } 

取得惊人的成果。

在原始代码中，使用默认参数运行光线跟踪器（创建仅具有直接闪电且没有AA的1024×1024图像）将花费大约88秒 。
在修改后的代码中，同样需要不到60秒 。
只需对代码进行一点修改，我就实现了~1.5的加速。

起初，我认为Ray.Dir和Ray.Pos的吸气剂正在幕后做一些事情，这会减慢程序的速度。

以下是两者的吸气剂：

  public Vector3d Pos { get { return _pos; } } public Vector3d Dir { get { return _dir; } } 

所以，两者都返回一个Vector3D，就是这样。

我真的很想知道，与直接访问变量相比，调用getter会花费更长的时间。

是因为CPU缓存变量？ 或者也许重复调用这些方法的开销加起来了？ 或者JIT处理后一种情况可能比前者更好？ 或者也许还有其他我没看到的东西？

任何见解将不胜感激。

编辑：

正如@MatthewWatson建议的那样，我使用StopWatch来定时发布调试器之外的版本。 为了消除噪音，我多次运行测试。 结果，前一个代码需要大约21秒 （在20.7和20.9之间）才能完成，而后者仅需要大约19秒 （在19和19.2之间）。
差异已经可以忽略不计了，但它仍然存在。

Answer 1

介绍

我愿意打赌原始代码是如此之慢，因为C＃中的怪癖涉及类型结构的属性。 它并不完全直观，但这种类型的属性本质上很慢。 为什么？ 因为结构不是通过引用传递的。 因此，为了访问ray.Dir.x ，您必须这样做

1. 加载局部变量ray 。
2. 调用get_Dir并将结果存储在临时变量中。 这涉及复制整个结构，即使只使用字段’x’。
3. 从临时副本访问字段x 。

查看原始代码，get访问器被调用18次。 这是一个巨大的浪费，因为这意味着整个结构被复制18次。 在优化的代码中，只有两个副本Dir和Pos都只被调用一次; 进一步访问值只包括上面的第三步：

1. 从临时副本访问字段x 。

总结一下，结构和属性不会结合在一起。

为什么C＃使用struct属性以这种方式运行？

它与C＃中的结构是值类型有关。 您传递值本身，而不是指向值的指针。

为什么编译器不能识别get访问器只是返回一个字段，并且完全绕过该属性？

在调试模式下，跳过这样的优化以提供更好的debegging体验。 即使在发布模式下，您也会发现大多数紧张情绪通常不会这样做。 我不确切知道为什么，但我相信这是因为该字段并不总是字对齐。 现代CPU具有奇怪的性能要求。 🙂