执行范围检查通过投射到uint而不是检查负值是否更有效？
我偶然发现了.NET的List源代码中的这段代码 ：
// Following trick can reduce the range check by one if ((uint) index >= (uint)_size) { ThrowHelper.ThrowArgumentOutOfRangeException(); } 显然这比if (index < 0 || index >= _size)更有效率（？ if (index < 0 || index >= _size)
我很好奇背后的理由。 单个分支指令是否比两个转换为uint更昂贵？ 还是有一些其他的优化，会使这个代码比另一个数字比较更快？
为了解决房间里的大象：是的，这是微型优化，不，我不打算在我的代码中到处使用它 – 我只是好奇;）
从MS分区I ，第12.1节（支持的数据types）：
有符号整数types（int8，int16，int32，int64和本地int）及其对应的无符号整数types（无符号整数8，无符号整数16，无符号整数32，无符号整数64和本机无符号整数）仅在整数被解释。 对于无符号整数与有符号整数处理不同的操作（例如，比较或算术溢出），有单独的指令将整数视为无符号（例如，cgt.un和add.ovf.un）。
也就是说，从一个int到一个uint的转换仅仅是一个簿记问题 – 从现在开始，栈中的值现在被认为是一个无符号整数，而不是整数。
所以一旦代码被打乱，两次转换应该是“空闲的”，然后可以执行无符号的比较操作。
假设我们有：
public void TestIndex1(int index) { if(index < 0 || index >= _size) ThrowHelper.ThrowArgumentOutOfRangeException(); } public void TestIndex2(int index) { if((uint)index >= (uint)_size) ThrowHelper.ThrowArgumentOutOfRangeException(); }
我们来编译一下，看看ILSpy：
.method public hidebysig instance void TestIndex1 ( int32 index ) cil managed { IL_0000: ldarg.1 IL_0001: ldc.i4.0 IL_0002: blt.s IL_000d IL_0004: ldarg.1 IL_0005: ldarg.0 IL_0006: ldfld int32 TempTest.TestClass::_size IL_000b: bge.s IL_0012 IL_000d: call void TempTest.ThrowHelper::ThrowArgumentOutOfRangeException() IL_0012: ret } .method public hidebysig instance void TestIndex2 ( int32 index ) cil managed { IL_0000: ldarg.1 IL_0001: ldarg.0 IL_0002: ldfld int32 TempTest.TestClass::_size IL_0007: blt.un.s IL_000e IL_0009: call void TempTest.ThrowHelper::ThrowArgumentOutOfRangeException() IL_000e: ret }
很容易看到第二个代码less了一个分支。
真的，根本没有演员，可以select是使用blt.s和bge.s还是使用blt.s.un ，后者将整数作为无符号进行处理，而前者将其视为有符号。
（注意那些不熟悉CIL的人，因为这是一个带有CIL答案的C＃问题， bge.s ， blt.s和blt.s.un分别是bge ， blt和blt.un的“short”版本。从堆栈中popup两个值，如果第一个值小于第二个值， blt.un其作为有符号值;如果第一个值小于第二个值， blt.unpopup堆栈和分支的两个值。
这完全是一个微select，但有时微select是值得的。 进一步考虑一下，对于方法体中的其余代码，这可能意味着在内部不稳定的内部区域之间的区别，如果他们有困难的帮助者抛出范围exception，他们可能试图确保内联发生，如果可能的话，额外的4个字节可以使所有的差异。
实际上，内联差异很可能比减less一个分支大得多。 为了确保内联发生是值得的，没有多less时间，但像List<T>这样的一类重用的核心方法当然就是其中之一。
请注意，如果您的项目被checked而不是unchecked ，这个技巧将不起作用。 最好的情况下，它会变慢（因为每个强制转换将被检查溢出）（或至less不是更快），最坏的情况下，如果您尝试传递-1作为index （而不是您的例外） 。
如果你想把它写得“正确”，并以更“肯定的工作”的方式，你应该把一个
unchecked { // test }
所有的testing。
假设_size是一个整数，私有的列表和index是这个函数的有效性需要testing的参数。
进一步假设_size总是> = 0。
那么原来的testing会是：
if(index < 0 || index > size) throw exception
优化的版本
if((uint)index > (uint)_size) throw exception
有一个比较（因为前面的例子中select了两个int）。因为cast只是重新解释了这些位，并且使得其中一个无符号的比较，所以没有使用额外的CPU周期。
为什么它工作？
只要index> = 0，结果是简单的/微不足道的。
如果索引<0， (uint)index将把它变成一个非常大的数字：
例如：0xFFFF是-1，int是65535，因此是uint
(uint)-1 > (uint)x
如果x是正数，总是如此。
是的，这是更有效的。 JIT在范围检查数组访问时执行相同的技巧。
转化和推理如下：
i >= 0 && i < array.Length变成(uint)i < (uint)array.Length因为array.Length <= int.MaxValue所以array.Length与(uint)array.Length具有相同的值。 如果i碰巧是负数然后(uint)i > int.MaxValue和检查失败。
显然在现实生活中并不快。 检查这个： https ： //dotnetfiddle.net/lZKHmn
原来，这得益于Intel的分支预测和并行执行，更明显和可读的代码实际上工作得更快。
代码如下：
using System; using System.Diagnostics; public class Program { const int MAX_ITERATIONS = 10000000; const int MAX_SIZE = 1000; public static void Main() { var timer = new Stopwatch(); Random rand = new Random(); long InRange = 0; long OutOfRange = 0; timer.Start(); for ( int i = 0; i < MAX_ITERATIONS; i++ ) { var x = rand.Next( MAX_SIZE * 2 ) - MAX_SIZE; if ( x < 0 || x > MAX_SIZE ) { OutOfRange++; } else { InRange++; } } timer.Stop(); Console.WriteLine( "Comparision 1: " + InRange + "/" + OutOfRange + ", elapsed: " + timer.ElapsedMilliseconds + "ms" ); rand = new Random(); InRange = 0; OutOfRange = 0; timer.Reset(); timer.Start(); for ( int i = 0; i < MAX_ITERATIONS; i++ ) { var x = rand.Next( MAX_SIZE * 2 ) - MAX_SIZE; if ( (uint) x > (uint) MAX_SIZE ) { OutOfRange++; } else { InRange++; } } timer.Stop(); Console.WriteLine( "Comparision 2: " + InRange + "/" + OutOfRange + ", elapsed: " + timer.ElapsedMilliseconds + "ms" ); } }
在intel处理器上探索这个时，我发现执行时间没有差异，可能是由于多个整数执行单元。
但是在16MHZ的实时微处理器上进行这样的处理，既不支持分支预测，也不支持整数执行单元，但是有显着差异。
100万次较慢代码的迭代耗时1761毫秒
int slower(char *a, long i) { if (i < 0 || i >= 10) return 0; return a[i]; }
100万次迭代更快的代码花费了1635毫秒
int faster(char *a, long i) { if ((unsigned int)i >= 10) return 0; return a[i]; }
