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BenchmarkDotNet 性能基准测试

news 2025/8/6 9:32:24

在 C# 中进行性能基准测试（Benchmarking）通常使用 BenchmarkDotNet 这个库。这是一个非常流行和强大的基准测试库，可以用来测量代码性能。以下是如何使用 BenchmarkDotNet 进行基准测试的详细步骤。

1. 安装 BenchmarkDotNet

您可以通过 NuGet 包管理器来安装 BenchmarkDotNet。在 Visual Studio 中，您可以使用以下任一方法：

NuGet 包管理器控制台：打开 "工具" -> "NuGet 包管理器" -> "包管理器控制台"，然后输入以下命令：
Install-Package BenchmarkDotNet
使用 NuGet 图形界面：右键单击项目 -> "管理 NuGet 包" -> 搜索 "BenchmarkDotNet" 并安装。

2. 基本用法

以下是一个简单的示例，演示如何使用 BenchmarkDotNet 来基准测试一个方法的性能。

using BenchmarkDotNet.Attributes;
using BenchmarkDotNet.Running;
using System;
using System.Text;namespace StringBenchmark
{public class StringBenchmarks{private const int Count = 1000;private string[] words;[GlobalSetup]public void Setup(){words = new string[Count];for (int i = 0; i < Count; i++){words[i] = $"word{i}";}}[Benchmark]public string StringConcat(){string result = "";for (int i = 0; i < Count; i++){result += words[i];}return result;}[Benchmark]public string StringBuilderAppend(){StringBuilder sb = new StringBuilder();for (int i = 0; i < Count; i++){sb.Append(words[i]);}return sb.ToString();}[Benchmark]public string StringJoin(){return string.Join("", words);}}class Program{static void Main(string[] args){var summary = BenchmarkRunner.Run<StringBenchmarks>(new BenchmarkDotNet.Configs.DebugInProcessConfig());Console.WriteLine(summary);}}
}

代码说明

[GlobalSetup]：这个属性标记的方法在基准测试之前运行。我们用它来初始化一个随机的整数数组。
[Benchmark]：这些属性标记需要进行基准测试的方法。每个方法将被单独执行并测量性能。
BenchmarkRunner.Run<StringBenchmarks>()：该行将运行所有标记为基准的方法并返回结果。

运行基准测试

编译并运行这个程序，BenchmarkDotNet 将自动处理所有的基准测试细节，并输出结果。您将看到类似下面的结果：

Method	Mean	Error	StdDev
StringConcat	341.25 us	3.985 us	3.727 us
StringBuilderAppend	15.61 us	0.224 us	0.210 us
StringJoin	13.01 us	0.076 us	0.067 us

列的含义

Method：表示被测试的方法名。
- StringConcat：使用 + 运算符连接字符串。
- StringBuilderAppend：使用 StringBuilder 对象的 Append 方法连接字符串。
- StringJoin：使用 string.Join 方法连接字符串。
Mean：每个方法执行的平均时间，以微秒（µs）为单位。
- 例如，StringConcat 的平均执行时间为 341.25 微秒。
Error：表示平均时间的误差，反映了多次测量的稳定性。较小的误差意味着测量结果更加可靠。
- 例如，StringConcat 的误差为 3.985 微秒。
StdDev：标准偏差，表示测试结果的分散程度。较小的标准偏差意味着测试的结果较为一致。
- 比如，StringConcat 的标准偏差为 3.727 微秒。

结果分析

StringConcat：
- 平均时间：341.25 微秒
- 分析：使用 + 运算符连接字符串的性能较差。这是因为每次连接都会创建一个新的字符串对象，并将所有内容复制到新的字符串中，这在处理大量字符串时效率很低。
StringBuilderAppend：
- 平均时间：15.61 微秒
- 分析：使用 StringBuilder 的 Append 方法显著提高了性能。StringBuilder 在内部维护一个字符数组，允许动态增加内容，避免了频繁的内存分配和复制操作。
StringJoin：
- 平均时间：13.01 微秒
- 分析：使用 string.Join 方法连接字符串是最有效的。这种方法直接处理数组中的字符串，并且经过优化，速度非常快。