structに余分なフィールドを追加すると、パフォーマンスが大幅に向上するのはなぜですか？

Question

私は、単一のフロートをラップする構造体が、フロートを直接使用するよりもパフォーマンスの約半分で大幅に遅いことに気付きました。

using System; 
using System.Diagnostics; 

struct Vector1 { 

    public float X; 

    public Vector1(float x) { 
     X = x; 
    } 

    public static Vector1 operator +(Vector1 a, Vector1 b) { 
     a.X = a.X + b.X; 
     return a; 
    } 
} 

しかし、追加された「余分な」フィールドを追加すると、いくつかの魔法が再び起こるとパフォーマンスのためには、より合理的になりそうです：

struct Vector1Magic { 

    public float X; 
    private bool magic; 

    public Vector1Magic(float x) { 
     X = x; 
     magic = true; 
    } 

    public static Vector1Magic operator +(Vector1Magic a, Vector1Magic b) { 
     a.X = a.X + b.X; 
     return a; 
    } 
} 

次のように私がベンチマークにこれらを使用するコードは次のとおりです。

ベンチマークの結果では

class Program { 
    static void Main(string[] args) { 
     int iterationCount = 1000000000; 
     var sw = new Stopwatch(); 
     sw.Start(); 
     var total = 0.0f; 
     for (int i = 0; i < iterationCount; i++) { 
      var v = (float) i; 
      total = total + v; 
     } 
     sw.Stop(); 
     Console.WriteLine("Float time was {0} for {1} iterations.", sw.Elapsed, iterationCount); 
     Console.WriteLine("total = {0}", total); 
     sw.Reset(); 
     sw.Start(); 
     var totalV = new Vector1(0.0f); 
     for (int i = 0; i < iterationCount; i++) { 
      var v = new Vector1(i); 
      totalV += v; 
     } 
     sw.Stop(); 
     Console.WriteLine("Vector1 time was {0} for {1} iterations.", sw.Elapsed, iterationCount); 
     Console.WriteLine("totalV = {0}", totalV); 
     sw.Reset(); 
     sw.Start(); 
     var totalVm = new Vector1Magic(0.0f); 
     for (int i = 0; i < iterationCount; i++) { 
      var vm = new Vector1Magic(i); 
      totalVm += vm; 
     } 
     sw.Stop(); 
     Console.WriteLine("Vector1Magic time was {0} for {1} iterations.", sw.Elapsed, iterationCount); 
     Console.WriteLine("totalVm = {0}", totalVm); 
     Console.Read(); 
    } 
} 

：

Float time was 00:00:02.2444910 for 1000000000 iterations. 
Vector1 time was 00:00:04.4490656 for 1000000000 iterations. 
Vector1Magic time was 00:00:02.2262701 for 1000000000 iterations. 

コンパイラ/環境設定： OS：Windowsの10 64ビット ツールチェーン：VS2017 フレームワーク：.NET 4.6.2 ターゲット：64ビットがターゲットとして設定されている場合は、任意のCPUは、我々の結果を32ビット

を好みますより予測可能ですが、我々は32ビットターゲットにVector1Magicで見るものよりも大幅に悪化：本当の魔法使いのために

Float time was 00:00:00.6800014 for 1000000000 iterations. 
Vector1 time was 00:00:04.4572642 for 1000000000 iterations. 
Vector1Magic time was 00:00:05.7806399 for 1000000000 iterations. 

、私はここでILのダンプを含めました：https://pastebin.com/sz2QLGEx

を詳細な調査では、モノラルコンパイラは同じILを生成するので、これはWindowsランタイムに固有のようです。

モノラルランタイムでは、両方の構造体バリアントが、生の浮動小数点に比べて約2倍遅い性能を持ちます。これは、.Netで見られるパフォーマンスとはかなり異なっています。

ここでは何が起こっていますか？

*この質問には当初は欠陥のあるベンチマークプロセスが含まれていました（これを指摘してくれたマックスペイン氏に感謝します）。タイミングをより正確に反映するように更新されました。

Answer 1

これは起こりません。これは明らかにJITを強制的に動作させないようなミスアラインメントです。

struct Vector1 //Works fast in 32 Bit 
{ 
    public double X; 
} 

struct Vector1 //Works fast in 64 Bit and 32 Bit 
{ 
    public double X; 
    public double X2; 
} 

また、呼び出す必要があります： ます。Console.WriteLine（合計）。は、Vector1Magic時間に正確に時間を増やします。なぜなら、なぜVector1が非常に遅いのかという疑問がまだあります。

構造体がsizeof（foo）に最適化されていない可能性があります。< 64ビットモードの64ビット。 Why is 16 byte the recommended size for struct in C#?