C#与C++混合编程及性能分析

红太狼 2023-06-18 15:54 22阅读 0赞

**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：**

ThinkPad T430 i5-3230M 2.6G 8G，Win7 64Bit，VS2013（C++开发设置），C++，C\#都采用x64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x64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: 109

// 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;
    }

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

**测试纯Csharp项目性能：**

2. 在配置管理器中新建x64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x64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: 729

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

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);
           }
        }
    }

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

**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7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BenchCsharp，使用它来调用C++项目，修改生成目录为：..\\x64\\Release\\

2. 新建C++DLL项目，命名为DLLCpp，选择空项目，生成成功，但由于是空项目，不会真正生成dll文件

3. 在DLLCpp为空项目时，在BenchCsharp中可以成功添加引用，但当DLLCpp中添加类后，就不能成功添加引用了，已经添加的引用也会显示警告

4. 修改DLLCpp项目属性，右击项目|属性|配置属性|常规|**公共语言运行时支持**，修改后就可以成功引用了

5. 在DLLCpp中添加CppFunction类，并复制代码，完整代码如下，程序结果：Result: 1733793664 Elapsed: 405

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

// 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();
    }

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

using System;
    using System.Collections.Generic;
    using System.Linq;
    using System.Text;
    using System.Threading.Tasks;
    
    namespace BenchCsharp
    {
        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);
            }
        }
    }

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

**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DLLCpp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: 405

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

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;
    }

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

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: 125

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

// 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 << "Result: " << result << " Elapsed: " << end - start << endl;
    
        return result;
    }

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

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);
            }
        }

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

**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

[aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg