StructPerformance

Wenn man in C# mit Structs arbeitet gibt es vor allem im Hinblick auf die Performance ein paar Aspekte die man beachten sollte. Dieser Artikel zeigt die Unterschiede in der Verwendung von Structs und worauf man achten muss.

Call by Value

Bei C# geschehen Parameterübergaben bei Funktionsaufrufen (genauso wie bei Java) implizit immer in Form von "Call by Value". Das heisst dass übergebene Variablen für die Verwendung in Methoden kopiert werden.

Hier ist ein Codebeispiel dazu:

class Test
{
  public int number;

  public Test(int number)
  {
    this.number = number;
  }
}

public class MyApp
{
  public static void Main()
  {
    Test test = new Test(7);
    ChangeNumber1(test);
    System.Console.WriteLine(test.number);  // gibt 7 aus
    ChangeNumber2(test);
    System.Console.WriteLine(test.number);  // gibt 3 aus
  }

  public void ChangeNumber1(Test test)
  {
    test = new Test(3);
  }
  public void ChangeNumber2(Test test)
  {
    test.number = 3;
  }
}

Warum ändert die Methode ChangeNumber1 nun bei der Ausgabe die Zahl nicht? Zur kurzen Wiederholung: Dieses Codebeispiel verwendet Klassen und Klassen sind reference types. Beim Aufruf der Methode wird also nicht direkt die Klasse übergeben sondern nur eine Referenz, also ein Hinweis wo sich die dahinterliegende Klasse befindet. Da Parameter implizit mit call by value übergeben werden, also für die Methode kopiert werden, erhält die Methode quasi eine neue Referenz, welche lediglich auf die selbe Klasse verweist wie die ursprüngliche Referenz die beim Methodenaufruf verwendet wurde. Innerhalb der Methode wird die neue Referenz dann auf eine andere Instanz der Klasse Test geändert. Beim Verlassen der Methode wird die Referenz dann automatisch gelöscht, die neue Instanz der Klasse Test mit dem Wert 3 damit also auch da sie nichtmehr referenziert wird.

Die Methode ChangeNumber2 greift dagegen über die kopierte Referenz auf die selbe Klasseninstanz zurück, auf die die ursprüngliche Referenz ebenfalls verweist. Daher wird hier der Zahlenwert geändert und anschließend auch entsprechend ausgegeben.

Das selbe Prinzip gilt ähnlich auch für Structs. Da Structs allerdings value types sind, wird beim Übergeben einer Struct als Parameter nicht nur eine Referenz, sondern der komplette Inhalt der Struct kopiert! Dies kann je nach Inhalt der Struct (z.B. 16 float Werte bei einer Matrix-Struct) relativ lange dauern und damit die Performance des Spiels massiv verschlechtern wenn Structs sehr häufig als Parameter übergeben werden! Zudem funktioniert das obige Beispiel für Klassen nicht mit Structs, da ja die gesamte Struct beim Übergeben kopiert wird:

public class MyApp
{
  public static void Main()
  {
    Vector3 test = new Vector3(7.0f);
    ChangeVector1(test);
    System.Console.WriteLine(test);  // gibt {X:7 Y:7 Z:7} aus
    ChangeVector2(test);
    System.Console.WriteLine(test);  // gibt auch {X:7 Y:7 Z:7} aus
  }

  public void ChangeVector1(Vector3 vector)
  {
    vector = new Vector3(3.0);
  }
  public void ChangeVector2(Vector3 vector)
  {
    vector.x = 3.0;
    vector.y = 3.0;
    vector.z = 3.0;
  }
}

Call by value gilt auch für einfache Zuweisungen:

//Klassen
Test class1 = new Test(2);
Test class2 = class1; //class2 ist jetzt eine kopierte Referenz, die auf die selbe Instanz von Test zeigt wie class1
System.Console.WriteLine(class1.number); //gibt 2 aus
System.Console.WriteLine(class2.number); //gibt 2 aus
class2.number = 4;
System.Console.WriteLine(class1.number); //gibt 4 aus
System.Console.WriteLine(class2.number); //gibt 4 aus
class2 = new Test(7); //Die Referenz class2 zeigt jetzt auf eine neue Instanz der Klasse Test
System.Console.WriteLine(class1.number); //gibt 4 aus
System.Console.WriteLine(class2.number); //gibt 7 aus

//Structs
Vector3 struct1 = new Vector3(2.0f);
Vector3 struct2 = struct1; //struct2 ist jetzt eine neue Struct mit den selben Werten wie struct1
System.Console.WriteLine(struct1); //gibt {X:2 Y:2 Z:2} aus
System.Console.WriteLine(struct2); //gibt {X:2 Y:2 Z:2} aus
struct2.x = 4.0f;
System.Console.WriteLine(struct1); //gibt {X:2 Y:2 Z:2} aus
System.Console.WriteLine(struct2); //gibt {X:4 Y:2 Z:2} aus

Call by Reference

== Rückgabewerte ==