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OnionFan
Asked: 2024-10-06 02:51:59 +0800 CST

如何通过泛型实现编译时分派？

  • 772

最近我尝试使用泛型实现编译时调度（下面的例子）

public interface IAbstraction
{
    public void Initialize();
}

public sealed class Implementation : IAbstraction
{
    public void Initialize()
    {
    }
}

public sealed class GenericUsage<T> where T : class, IAbstraction
{
    private readonly T _abstraction;

    public GenericUsage(T abstraction)
    {
        _abstraction = abstraction;
    }

    public void CallAction()
    {
        _abstraction.Initialize();
    }
}

public static void Main()
{
    var genericUsage = new GenericUsage<Implementation>(new Implementation());
    genericUsage.CallAction();
}

如您所见，我还明确使用了sealed关键字作为信号，表示传递给构造函数的类型不可能与泛型中使用的类型不同。

在 JIT Asm 方面，我没有看到任何去虚拟化。调用仍然通过 vtable 进行。

有没有可能通过泛型实现编译时调度？也许我漏掉了什么。如果没有，为什么上面的示例不起作用？

c#

1 个回答

  1. Best Answer

    有一个 2015 年未解决的问题与您尝试实现的问题非常相似： RyuJIT 调用优化和使用已知泛型类型的积极内联

    来自评论（2018）：

    对于通过引用类型实例化的泛型，我们不太可能在短期内进行去虚拟化，因为jit 只能看到共享版本。如果我们以某种方式启用非共享引用类型实例化或开始研究推测性去虚拟化，这种情况可能会在将来发生变化。

    “共享版本”在共享泛型设计中有更好的解释

    这个想法是，对于某些实例，除了一些指令之外，生成的代码几乎相同，因此为了减少内存占用，以及我们花在执行这些通用方法的时间，运行时将生成单个特殊的规范版本的代码，可供方法的所有兼容实例使用。

    此功能目前仅支持引用类型的实例化，因为它们都具有相同的大小/属性/布局/等...对于原始类型或值类型的实例化，运行时将为每个实例生成单独的代码体。

    如果我们看一下反汇编（.NET 6 和 .NET 7，调试，x86），它是有道理的：

            public void CallAction() 
            {
...
je          ConsoleApp64.GenericUsage`1[[System.__Canon, System.Private.CoreLib]].CallAction()+01Fh (057C997h)  
call        10045230   
            //callvirt instance void IAbstraction::Initialize()
            _abstraction.Initialize();
mov         ecx,dword ptr [ebp-38h]  
mov         ecx,dword ptr [ecx+4]  
call        dword ptr [Pointer to: CLRStub[VSD_LookupStub]@d82df850017a042 (0170020h)]  
        }

    存在一种“规范的” jitted 方法，用于GenericUsage<T>.CallAction()每个T。class

    je          ConsoleApp64.GenericUsage`1[[System.__Canon, System.Private.CoreLib]].CallAction()+01Fh (057C997h)

    与身体：

                //callvirt instance void IAbstraction::Initialize()
            _abstraction.Initialize();
mov         ecx,dword ptr [ebp-38h]  
mov         ecx,dword ptr [ecx+4]  
call        dword ptr [Pointer to: CLRStub[VSD_LookupStub]@d82df850017a042 (0170020h)]

    JITter 无法去虚拟化并插入对 的直接调用（或内联），因为Implementation.Initialize()相同的 jitted 代码将被 “共享” GenericUsage<SecondImplementation>.CallAction()。GenericUsage<ThirdImplementation>.CallAction()

    正如原始 github 问题评论中所提到的，需要有“非共享引用类型”实例才能使其工作。

    编辑：这个或其他东西是在 .NET 8 中实现的（如果有人评论确切的问题，我会进行编辑 - 但也许是动态 PGO？），当我们将泛型与类和结构进行比较时，这是可见的。结构通常总是会得到一个“非共享”实现，因此 JIT 可以更快地对其进行静态分派。稍微修改了一下代码以进行测试和基准测试：Ta sealed class

    public interface IAbstraction {
    public int Initialize(int param);
}

public sealed class Implementation : IAbstraction {
    public int Initialize(int param) {
        return param;
    }
}

public struct StructImplementation : IAbstraction {
    public int Initialize(int param) {
        return param;
    }
}

public sealed class GenericUsage<T> where T : IAbstraction {
    private readonly T _abstraction;

    public GenericUsage(T abstraction) {
        _abstraction = abstraction;
    }

    public int CallAction(int param) {
        return _abstraction.Initialize(param);
    }
}

// Benchmark methods
public int TestRef() {
    var genericUsage = new GenericUsage<Implementation>(new Implementation());

    var sum = 0;
    for (int i = 0; i < 100_000; i++) {
        sum += genericUsage.CallAction(i);
    }
    
    return sum;

}

public int TestStruct() {
    var genericUsage = new GenericUsage<StructImplementation>(new StructImplementation());

    var sum = 0;
    for (int i = 0; i < 100_000; i++) {
        sum += genericUsage.CallAction(i);
    }

    return sum;
}

    .NET 6：

    Case ResultsGraph    Mean Min Max Range   AllocatedBytesΞΞ OperationsΞΞ    Phase
TestRef     450.70 μs   346.59 μs   637.78 μs   65 % 49  97,280  Complete
TestStruct  85.76 μs    49.76 μs    123.15 μs   86 % 24  819,200 Complete

    .NET 7

    Case    ResultsGraph    Mean    Min Max Range   AllocatedBytesΞΞ    OperationsΞΞ    Phase
TestRef     434.15 μs   331.40 μs   572.71 μs   56% 49  95,232  Complete
TestStruct  89.63 μs    50.85 μs    119.15 μs   76% 24  819,200 Complete

    .NET 8（密封的 T 事项）：

    Case    ResultsGraph    Mean    Min Max Range   AllocatedBytesΞΞ    OperationsΞΞ    Phase
TestRefNonSealed        1.03 ms 626.93 μs   1.34 ms 69% 49  102,400 Complete
TestRef     84.58 μs    57.82 μs    112.69 μs   65% 48  819,200 Complete
TestStruct  63.55 μs    40.90 μs    95.03 μs    85% 24  811,008 Complete
    • 2

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