C#与C++混合编程及性能分析

概要：

　　众所周知，用C#做界面比C++开发效率要高得多，但在有性能问题的情况下不得不将部分模块使用C++，这时就需要使用C#与C++混合编程。本文给出了两种混合编程的方法以及性能对比。

开发环境：

　I5-8400 CPU 2.8G 8G，Win10 64Bit，VS2017（C++开发设置），C++，C#都采用x32平台，性能验证使用Release版本。

测试纯C++项目性能：

　　1. 新建空解决方案：文件|新建|项目|已安装|模板|其他项目类型|Visual Studio解决方案|空白解决方案

　　3. 在配置管理器中新建x32平台，删除其他平台

　　4. 新建CppFunction，并添加测试代码，完整代码如下，程序结果：Result: 1733793664 Elapsed:65

// CppFunction.h

#pragma once

class CppFunction

{

public:

CppFunction(){}

~CppFunction(){}

int TestFunc(int a, int b);

};

// CppFunction.cpp

#include "stdafx.h"

#include "CppFunction.h"

class CCalc

{

public:

CCalc(int a, int b)

{

m_a = a;

m_b = b;

}

int Calc()

{

if (m_a % 2 == 0){

return m_a + m_b;

}

if (m_b % 2 == 0){

return m_a - m_b;

}

return m_b - m_a;

}

private:

int m_a;

int m_b;

};

int CppFunction::TestFunc(int a, int b)

{

CCalc calc(a, b);

return calc.Calc();

}

// PureCpp.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。

#include "stdafx.h"

#include <iostream>

#include <windows.h>

#include "CppFunction.h"

using namespace std;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

DWORD start = ::GetTickCount();

CppFunction cppFunction;

int result = 0;

for (int i = 0; i < 10000; i++){

for (int j = 0; j < 10000; j++){

result += cppFunction.TestFunc(i, j);

}

DWORD end = ::GetTickCount();

cout << "Result: " << result << " Elapsed: " << end - start << endl;

return 0;

}

测试纯Csharp项目性能：

　　2. 在配置管理器中新建x32平台，删除其他平台，去掉【创建新的解决方案平台】勾选，否则会报x32平台已经存在

　　3. 将C++项目中的代码复制过来稍作改动，完整代码如下，程序结果：Result: 1733793664 Elapsed: 607

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Threading.Tasks;

namespace PureCsharp

{

class CCalc

{

public CCalc(int a, int b)

{

m_a = a;

m_b = b;

}

public int Calc()

{

if (m_a % 2 == 0)

{

return m_a + m_b;

}

if (m_b % 2 == 0)

{

return m_a - m_b;

}

return m_b - m_a;

}

private int m_a;

private int m_b;

}

class CppFunction

{

public int TestFunc(int a, int b)

{

CCalc calc = new CCalc(a, b);

return calc.Calc();

}

class Program

{

static void Main(string[] args)

{

DateTime start = System.DateTime.Now;

CppFunction cppFunction = new CppFunction();

int result = 0;

for (int i = 0; i < 10000; i++){

for (int j = 0; j < 10000; j++){

result += cppFunction.TestFunc(i, j);

}

DateTime end = System.DateTime.Now;

System.Console.WriteLine("Result: " + result + " Elapsed: " + (end - start).Milliseconds);

}

性能分析：

　　从上面的对比可以看出，同样的功能，C#的耗时几乎是C++的10倍，这个例子里的主要原因是，C++可以使用高效的栈内存对象（CCalc），而C#所有对象只能放在托管堆中。

托管C++混合方式：

　　1. 新建C#控制台项目，命名为CSxingneng，使用它来调用C++项目，修改生成目录为：..\x32\Release\

　　2. 在CLR中，新建CLR C++DLL项目，命名为C++1。

　　3. 在C++1中添加CppFunction类，并复制代码，完整代码如下，程序结果：Result: 1733793664 Elapsed: 325

// CppFunction.h

#pragma once

public ref class CppFunction

{

public:

CppFunction(){}

~CppFunction(){}

int TestFunc(int a, int b);

};

// CppFunction.cpp

#include "CppFunction.h"

class CCalc

{

public:

CCalc(int a, int b)

{

m_a = a;

m_b = b;

}

int Calc()

{

if (m_a % 2 == 0){

return m_a + m_b;

}

if (m_b % 2 == 0){

return m_a - m_b;

}

return m_b - m_a;

}

private:

int m_a;

int m_b;

};

int CppFunction::TestFunc(int a, int b)

{

CCalc calc(a, b);

return calc.Calc();

}

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Threading.Tasks;

namespace CSxingneng

{

class Program

{

static void Main(string[] args)

{

DateTime start = System.DateTime.Now;

CppFunction cppFunction = new CppFunction();

int result = 0;

for (int i = 0; i < 10000; i++)

{

for (int j = 0; j < 10000; j++)

{

result += cppFunction.TestFunc(i, j);

}

DateTime end = System.DateTime.Now;

System.Console.WriteLine("Result: " + result + " Elapsed: " + (end - start).Milliseconds);

}

性能分析：

　　使用混合编程后，性能得到了一定程度的提升，但比起单纯的C++项目，还是差了很多

　　将C#主函数中的逻辑转移到C++1项目中，即添加如下的static方法，C#中只要调用该方法，程序结果：Result: 1733793664 Elapsed: 325

int CppFunction::Test()

{

DWORD start = ::GetTickCount();

CppFunction cppFunction;

int result = 0;

for (int i = 0; i < 10000; i++){

for (int j = 0; j < 10000; j++){

result += cppFunction.TestFunc(i, j);

}

DWORD end = ::GetTickCount();

cout << "Result: " << result << " Elapsed: " << end - start << endl;

return result;

}

　　并没有变得更快，估计是当使用【公共语言运行时支持】方式编译C++时，不能发挥C++的性能优势

DLLImport混合方式：

　　1. 新建非空的C++DLL项目，命名为NativeDLLCpp

　　2. 将CppFunction类从PureCpp中复制过来

　　3. 代码如下，运行结果：Result: 1733793664 Elapsed: 75

// NativeDLLCpp.cpp : 定义 DLL 应用程序的导出函数。

#include "stdafx.h"

#include <iostream>

#include <windows.h>

#include "CppFunction.h"

using namespace std;

#ifdef __cplusplus

#define TEXPORT extern "C" _declspec(dllexport)

#else

#define TEXPORT _declspec(dllexport)

#endif

TEXPORT int Test()

{

DWORD start = ::GetTickCount();

CppFunction cppFunction;

int result = 0;

for (int i = 0; i < 10000; i++){

for (int j = 0; j < 10000; j++){

result += cppFunction.TestFunc(i, j);

}

DWORD end = ::GetTickCount();

cout << "C++ Result: " << result << " Elapsed: " << end - start << endl;

return result;

}

public class NativeDLLCpp

{

[DllImport("NativeDLLCpp.dll")]

public static extern int Test();

}

class Program

{

static void Main(string[] args)

{

DateTime start = System.DateTime.Now;

int result = NativeDLLCpp.Test();

DateTime end = System.DateTime.Now;

System.Console.WriteLine("Result: " + result + " Elapsed: " + (end - start).Milliseconds);

}

性能分析：

　　跟纯C++项目性能几乎一致。

　　项目依赖项需要手动设置。

　　实现联调的方法：修改C#项目属性|调试|启用本机代码调试