C#中的循环反转加速应用程序

我们正在使用EmguCV开发一个视频处理应用程序，最近不得不做一些像素级的操作。我最初编写了循环以遍历图像中的所有像素，如下所示：

for (int j = 0; j < Img.Width; j++ )
{
    for (int i = 0; i < Img.Height; i++)
    {
        // Pixel operation code
    }
}

我非常惊讶地发现，代码执行的时间只有的一半

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我能想到的唯一一件事是每次访问属性时循环中发生的比较，它不再需要这样做。这就是加速的原因吗？还是有别的事？看到这一进步我很激动。如果有人能澄清原因，我会很高兴的。

这是因为CPU就像曲棍球运动员一样，后退时速度更快；-）

更严肃地说：
这与循环的方向没有任何关系，而是与以下事实有关：在原始构造中，循环控制条件意味着取消对Img对象的引用，以索引到其宽度或高度属性（对于循环中的每个迭代和单个迭代），第二个构造仅对这些属性求值一次。
此外，新条件针对值0进行测试的事实，甚至可以节省立即值的加载。 这可能解释了差异（假设内部所做的工作相对最小，即+/-与测试Object.Property的工作相同，因为您表示大约有50%的增益）

编辑：

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参见Michael Stum的回答，这表明Img.Width/Height参考比想象的更昂贵。与属性有时发生的情况一样，对象的实现可能会运行大量代码来生成值（例如，每次它可能会进行一系列数学运算以获得宽度，而不是以某种方式缓存它等等）。这个Img对象似乎就是这种情况，因此只需执行一次（如果您确信该值在循环逻辑期间保持不变）.

加快速度的不是循环反转，而是访问宽度和高度属性的次数要少得多。

我假设您使用的是System.Drawing.Image类？查看.Width和.Height的实现，我看到它们对GDI+（GdipGetImageHeight和GdipGetImageWidth在gdiplus.dll中）进行了函数调用，这似乎相当昂贵

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向后调用一次，而不是在每次迭代中调用。

区别不是分支的成本，而是在内部循环中获取对象属性

Img.Width

和

Img.Height

。优化器无法知道这些是循环中的常量

通过这样做，您应该可以获得相同的性能加速

const int Width = Img.Width;
const int Height = Img.Height;
for (int j = 0; j < Width; j++ )
{
    for (int i = 0; i < Height; i++)
    {
        // Pixel operation code
    }
}

const int Width=Img.Width；
常数内高度=内高度；
对于（int j=0；j

编辑： 正如Joshua所建议的，在内部循环中增加宽度将使您按顺序遍历内存，这将提高缓存的一致性，并且可能更快。（取决于位图的大小）

const int Width=Img.Width；
常数内高度=内高度；
对于（int i=0；i

虽然我不确定原因是什么，但您可以通过第一种方式运行它来测试您的理论，但首先将属性缓存在局部变量中，这样您就不必每次迭代都访问该属性。而当我们进行此操作时——如果您使用

GetPixel

和

SetPixel

进行像素操作，你有一个更大的性能问题。请参阅本文：它将循环管理中的操作数量减少了一半；比较和增量已成为比较。如果“像素操作”是一个nop（就像在代码中一样），那么仅此一项就可以使执行时间减半。@BenM Bobpowell早已消失，但这一点非常好！我们经常假设引用这些属性是一种廉价的操作，忘记了底层对象在生成值时可能会“花很长时间”……属性通常被认为是廉价的，也许是，但在循环中它会快速累积。此外，几乎在宽度之外的高度上循环。你的一级缓存会感谢你的。@Joshua:这是一个很好的建议，内循环的宽度将具有更好的引用位置。如果你在整个2d数组上迭代，如果你需要速度，了解它们在内存中的布局是至关重要的。与大多数事物一样，IIRC.Net是行的主要顺序。

const int Width = Img.Width;
const int Height = Img.Height;
for (int j = 0; j < Width; j++ )
{
    for (int i = 0; i < Height; i++)
    {
        // Pixel operation code
    }
}

const int Width = Img.Width;
const int Height = Img.Height;
for (int i = 0; i < Height; i++)
{
    for (int j = 0; j < Width; j++ )
    {
        // Pixel operation code
    }
}