Delphi 循环浏览大型记录列表时的长延迟

我在Windows10中使用Delphi10.1

我有两张不同大小的唱片。我编写了代码，循环遍历这些记录中的两个

TList

，以测试运行时间。在较大的记录列表中循环运行要慢得多

有人能解释一下原因，并提供一个解决方案使循环运行得更快吗

type
  tTestRecord1 = record
    Field1: array[0..4] of Integer;
    Field2: array[0..4] of Extended;
    Field3: string;
  end;

  tTestRecord2 = record
    Field1: array[0..4999] of Integer;
    Field2: array[0..4999] of Extended;
    Field3: string;
  end;

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
  _List: TList<tTestRecord1>;
  _Record: tTestRecord1;
  _Time: TTime;
  i: Integer;
begin
  _List := TList<tTestRecord1>.Create;

  for i := 0 to 4999 do
  begin
    _List.Add(_Record);
  end;

  _Time := Time;

  for i := 0 to 4999 do
  begin
    if _List[i].Field3 = 'abcde' then
    begin
      Break;
    end;
  end;

  Button1.Caption := FormatDateTime('s.zzz', Time - _Time); // 0.000

  _List.Free;
end;

procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);
var
  _List: TList<tTestRecord2>;
  _Record: tTestRecord2;
  _Time: TTime;
  i: Integer;
begin
  _List := TList<tTestRecord2>.Create;

  for i := 0 to 4999 do
  begin
    _List.Add(_Record);
  end;

  _Time := Time;

  for i := 0 to 4999 do
  begin
    if _List[i].Field3 = 'abcde' then
    begin
      Break;
    end;
  end;

  Button2.Caption := FormatDateTime('s.zzz', Time - _Time); // 0.045

  _List.Free;
end;

类型
tTestRecord1=记录
字段1：整数的数组[0..4]；
字段2：扩展的数组[0..4]；
字段3：字符串；
结束；
tTestRecord2=记录
字段1：整数的数组[0..4999]；
字段2：扩展的数组[0..4999]；
字段3：字符串；
结束；
程序TForm1.按钮1单击（发送方：TObject）；
变量
_名单:TList ;；
_记录：tEStrecord1；
_时间：TTime；
i：整数；
开始
_列表：=TList.Create；
对于i:=0到4999 do
开始
_列表。添加（_记录）；
结束；
_时间：=时间；
对于i:=0到4999 do
开始
如果_List[i].Field3='abcde'，则
开始
打破
结束；
结束；
按钮1.标题：=FormatDateTime（'s.zzz'，Time-_Time）；//0
_列表。免费；
结束；
程序TForm1.按钮2单击（发送方：TObject）；
变量
_名单:TList ;；
_记录：tEStrecord2；
_时间：TTime；
i：整数；
开始
_列表：=TList.Create；
对于i:=0到4999 do
开始
_列表。添加（_记录）；
结束；
_时间：=时间；
对于i:=0到4999 do
开始
如果_List[i].Field3='abcde'，则
开始
打破
结束；
结束；
按钮2.标题：=FormatDateTime（'s.zzz'，Time-_Time）；//0.045
_列表。免费；
结束；
首先，我想考虑整个代码，甚至是填充列表的代码，这些代码是我意识到的，你没有计时。因为第二条记录的大小更大，所以在分配该记录类型时，需要复制更多的内存。此外，当您从列表中读取时，较大的记录比较小的记录更不利于缓存，这会影响性能。后者的影响可能不如前者显著

与此相关的是，当您添加项时，列表的内部记录数组必须调整大小。有时，调整大小会导致无法就地执行的重新分配。发生这种情况时，将分配一个新的内存块，并将以前的内容复制到此新块。对于更大的记录来说，那份拷贝显然更昂贵。如果知道数组的长度，可以通过预先分配一次数组来缓解这种情况。列表
容量
是使用的机制。当然，你并不总是能提前知道时间的长短

除了内存分配和内存访问之外，您的程序做的很少。因此，这些内存操作的性能占主导地位

现在，您的计时仅限于从列表中读取的代码。因此，总体上的内存拷贝性能差异不是您执行的基准测试的一部分。正如我将在下面解释的那样，您的时间差异主要是由于阅读时内存拷贝过多

考虑以下代码：

if _List[i].Field3 = 'abcde' then

因为
\u List[i]
是一个记录，一个值类型，所以整个记录被复制到一个隐式隐藏的局部变量。该代码实际上相当于：

var
  tmp: tTestRecord2;
...
tmp := _List[i]; // copy of entire record
if tmp.Field3 = 'abcde' then

有几种方法可以避免此副本：

将基础类型更改为引用类型。这会改变内存管理要求。您可能有充分的理由想要使用值类型
使用可以返回项目地址而不是项目副本的容器类
从
TList
切换到动态阵列
TArray
。这个简单的更改将允许编译器直接访问单个字段，而无需复制整个记录
使用
TList.List
可以访问包含数据的列表对象的底层数组。这将产生与上一项相同的效果
上面的第4项是最简单的改变，你可以看到一个巨大的差异。你会取代

if _List[i].Field3 = 'abcde' then

与

这将在性能上产生非常显著的变化

考虑一下这个计划：

{$APPTYPE CONSOLE}

uses
  System.Diagnostics,
  System.Generics.Collections;

type
  tTestRecord2 = record
    Field1: array[0..4999] of Integer;
    Field2: array[0..4999] of Extended;
    Field3: string;
  end;

procedure Main;
const
  N = 100000;
var
  i: Integer;
  Stopwatch: TStopwatch;
  List: TList<tTestRecord2>;
  Rec: tTestRecord2;
begin
  List := TList<tTestRecord2>.Create;
  List.Capacity := N;

  for i := 0 to N-1 do
  begin
    List.Add(Rec);
  end;

  Stopwatch := TStopwatch.StartNew;
  for i := 0 to N-1 do
  begin
    if List[i].Field3 = 'abcde' then
    begin
      Break;
    end;
  end;
  Writeln(Stopwatch.ElapsedMilliseconds);
end;

begin
  Main;
  Readln;
end.

{$APPTYPE控制台}
使用
系统诊断，
系统、泛型、集合；
类型
tTestRecord2=记录
字段1：整数的数组[0..4999]；
字段2：扩展的数组[0..4999]；
字段3：字符串；
结束；
主程序；
常数
N=100000；
变量
i：整数；
秒表：TStopwatch；
名单:TList ;；
记录：tEStrecord2；
开始
列表：=TList.Create；
列表容量：=N；
对于i:=0到N-1 do
开始
列表。添加（Rec）；
结束；
秒表：=TStopwatch.StartNew；
对于i:=0到N-1 do
开始
如果列表[i].Field3='abcde'，则
开始
打破
结束；
结束；
Writeln（秒表延时百万秒）；
结束；
开始
主要的；
Readln；
结束。

我不得不将其编译为64位，以避免出现内存不足的情况。我的机器的输出大约是700。将
List[i].Field3
更改为
List.List[i].Field3
，输出为单幅数字。时间安排相当粗糙，但我认为这证明了这一点


大记录不利于缓存的问题仍然存在。这一点处理起来更为复杂，需要对真实世界的代码如何对其数据进行操作进行详细分析


另一方面，如果您关心性能，则不会使用
Extended
。因为它的大小是10，而不是2的幂，所以内存访问经常会错误对齐。使用
Double
或
Real
，这是
Double
的别名
 考虑使用容量！提前为所有条目预先分配列表是有意义的。@ZENsan虽然您所说的一般都是正确的，但计时时间并不包括填充列表所花费的时间，只包括循环遍历列表所花费的时间。
TTime
不是一种特别准确的计时方式。改用。但45毫秒对于循环浏览列表中的5000项来说并不算长。可能在循环的中途出现了意外的暂停，例如任务切换、缓存未命中等
{$APPTYPE CONSOLE}

uses
  System.Diagnostics,
  System.Generics.Collections;

type
  tTestRecord2 = record
    Field1: array[0..4999] of Integer;
    Field2: array[0..4999] of Extended;
    Field3: string;
  end;

procedure Main;
const
  N = 100000;
var
  i: Integer;
  Stopwatch: TStopwatch;
  List: TList<tTestRecord2>;
  Rec: tTestRecord2;
begin
  List := TList<tTestRecord2>.Create;
  List.Capacity := N;

  for i := 0 to N-1 do
  begin
    List.Add(Rec);
  end;

  Stopwatch := TStopwatch.StartNew;
  for i := 0 to N-1 do
  begin
    if List[i].Field3 = 'abcde' then
    begin
      Break;
    end;
  end;
  Writeln(Stopwatch.ElapsedMilliseconds);
end;

begin
  Main;
  Readln;
end.