c# 中的编译器优化质量很差

Question

我不知道为什么，但我看了标准 C# 编译器 (VS2015) 生成的 IL，它在发布模式下明显没有优化。

我测试的代码非常简单：

static void Main(string[] args)
    {
        int count = 25 + 7/3;
        count += 100;
        Console.WriteLine("{0}", count);
    }

调试模式下的IL输出为：

// [12 9 - 12 10]
IL_0000: nop          

// [34 13 - 34 34]
IL_0001: ldc.i4.s     27 // 0x1b
IL_0003: stloc.0      // count

// [35 13 - 35 26]
IL_0004: ldloc.0      // count
IL_0005: ldc.i4.s     100 // 0x64
IL_0007: add          
IL_0008: stloc.0      // count

// [36 13 - 36 45]
IL_0009: ldstr        "{0}"
IL_000e: ldloc.0      // count
IL_000f: box          [mscorlib]System.Int32
IL_0014: call         void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string, object)
IL_0019: nop          

// [37 9 - 37 10]
IL_001a: ret          

Release模式下的代码是：

 IL_0000: ldc.i4.s     27 // 0x1b
IL_0002: stloc.0      // V_0
IL_0003: ldloc.0      // V_0
IL_0004: ldc.i4.s     100 // 0x64
IL_0006: add          
IL_0007: stloc.0      // V_0
IL_0008: ldstr        "{0}"
IL_000d: ldloc.0      // V_0
IL_000e: box          [mscorlib]System.Int32
IL_0013: call         void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string, object)
IL_0018: ret  

现在，为什么编译器不执行 sum (27 + 100) 并直接用 127 调用 WriteLine ？

我在 C++ 中尝试了相同的示例，它按预期工作。

有一些特殊的标志来执行这种优化？

更新： 我在 MONO 4.6.20 上尝试相同的代码，发布模式下的结果如下

 // method line 2
.method private static hidebysig
       default void Main (string[] args)  cil managed
{
    // Method begins at RVA 0x2058
    .entrypoint
    // Code size 18 (0x12)
    .maxstack 8
    IL_0000:  ldstr "{0}"
    IL_0005:  ldc.i4.s 0x7f
    IL_0007:  box [mscorlib]System.Int32
    IL_000c:  call void class [mscorlib]System.Console::WriteLine(string, ob                                                                                                                               ject)
    IL_0011:  ret
} // end of method Program::Main

2024 年更新

我用新的编译器.net core 8重试，最终代码直接在IL中优化

.custom instance void [System.Runtime]System.Runtime.CompilerServices.NullableContextAttribute::.ctor(uint8) = (
    01 00 01 00 00
)
// Method begins at RVA 0x2050
// Header size: 12
// Code size: 25 (0x19)
.maxstack 2
.entrypoint
.locals init (
    [0] int32 count
)

IL_0000: ldc.i4.s 27
IL_0002: stloc.0
IL_0003: ldloc.0
IL_0004: ldc.i4.s 100
IL_0006: add
IL_0007: stloc.0
IL_0008: ldstr "{0}"
IL_000d: ldloc.0
IL_000e: box [System.Runtime]System.Int32
IL_0013: call void [System.Console]System.Console::WriteLine(string, object)
IL_0018: ret

Answer 1

您不能依赖编译器的 IL 输出来准确评估代码的优化程度，因为 JIT 将在运行时控制 IL 来生成要运行的实际代码。在这种情况下，JIT 发出的实际 x64（在任何不首选 32 位的 CPU 的发布模式下）如下所示：

sub         rsp,28h  
mov         rcx,7FFF85323E98h  
call        00007FFF91C72530  ; I'm not sure what this call does, I assume it's allocating memory for the boxed int
mov         rcx,20CA5CB3648h  
mov         rcx,qword ptr [rcx]  ; After this rcx is actually pointing to the string "{0}"
mov         dword ptr [rax+8],7Fh ; Box the value 127 into the object that rax points at
mov         rdx,rax  
call        00007FFF85160070  ; Call Console.WriteLine with its arguments in rcx and rdx
nop  
add         rsp,28h  
ret  

所以额外的版本被省略了。

如果我打开“首选 32 位”，发出的 x86 看起来像这样：

mov         ecx,72041638h  
call        011630F4  ; presumably allocating memory for the boxed int
mov         edx,eax  
mov         eax,dword ptr ds:[40E232Ch] ; loads a pointer to "{0}" into eax
mov         dword ptr [edx+4],7Fh  ; boxes 127 into object pointed at by edx
mov         ecx,eax  
call        71F373F4  ; calls Console.WriteLine with arguments in ecx and edx
ret  

在这两种情况下，JIT 都优化了局部变量以及额外的加法操作。由于 JIT 执行了如此多的优化，您会发现 C# 编译器本身并没有竭尽全力来优化任何内容。

tl;dr C# 编译器发出的 IL 不是机器运行的，因此通常不代表将应用的优化类型。