游戏GC优化(1)-C#闭包函数的原理

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📝 示例代码分析

请看下面C#示例代码。

TestTest是一个测试类,是用来的测试的基础代码，之后的函数都会放在这个类里。

生成的IL类信息如下图，其中<>c开头和<Test2>开头的都是编译器自动生成的代码，之后会用到:

示例1

函数Test1中，调用的委托通过匿名创建出来的，并且不引用上层局部变量，以及不引用类成员变量

这时候肯定有一些有经验的人会说，这种函数会直接被编译器优化掉，会被优化成静态对象。

这里编译器确实会优化，但是和有些人想的方式还是不一样的，可以看以下IL代码。

其中编译器会在这个类中生成一个静态成员变量，类型为Action，名字为TestTest/'<>c'::'<>9__1_0'

如果这个委托对象不为空，则跳转代码到IL_0021直接Call这个<>9__1_0的委托。也就是这段IL代码: IL_0008: brtrue.s IL_0021

否则向下执行，也就是会创建这个委托对象

最后是IL_0021，也就是执行委托

编译器优化代码的思路如下，这个和实际生成代码是不一样的，只是简要说明原理，让不懂的人能够快速明白：

💡

这种情景下，不会导致GC垃圾的原理就是创建了一个静态委托对象然后通过判空的方式，只实例化一次来优化。所以这种可以被静态化的匿名委托是会被编译器优化的

示例2

函数Test2中，调用的委托也是匿名创建出来的，但是调用的成员变量name

这时候肯定又有一些有经验的人会说，这种函数也会直接被编译器优化掉，不会导致一直创建委托。

但是这个实际上是不会被优化的，是不是很意外，可以看以下这段IL代码。

💡

其中<Test2>b__2_0是编译器生成的成员函数。所有它确实是可以直接调用name变量。但是这里还是需要生成一个Action委托对象来包装这个成员函数，所以这个情景下也是会导致会有GC垃圾的。

但是也是可以优化的，例如创建一个成员变量的Action，在构造函数或者其他初始化的时候创建好这个委托，这样就不会产生GC垃圾了，也就是跟示例1的优化原理差不多，如下代码所示：

示例3

函数Test3中，调用的委托也是匿名创建出来的，但是调用了上层函数体中的局部变量x

这个就不用有太多的争议了，都会知道这个会导致GC垃圾，但是我们接下来分析其中的原理，看看编译器生成IL代码是什么样的，IL代码如下所示：

分析如下：

首先编译器在代码中生成一个’<>c__DisplayClass3_0’的对象，它内部有个成员函数，并且有个成员变量x

Test3函数中会new一个这个’<>c__DisplayClass3_0’对象

然后给这个对象中的x赋值为100，这时候可以看到生成的IL代码中的函数局部变量x已经没有了，被放到了编译器生成’<>c__DisplayClass3_0’对象的成员变量。

接着就是创建新的Action委托对象，来包装生成对象的成员函数

接着就是调用TestAction，传入这个Action委托对象

最后打印x

💡

结论其实就是这种调用方式会产生两个对象，性能不太好，业务中尽量少用。如果可以的话，可以自己封装一个类（继承一个接口或者基类），持有x，然后传入其他需要调用之处。通用其中的成员函数调用的方式，而不是通过Action委托函数的方式来处理。这样首先少了一个Action对象的创建，其次，可以给这个对象封装对象池，这样就可以达到 0 GC Alloc了。

示例4

Test4直接把成员变量函数传入TestAction中调用，相信之前不懂得人一定会觉得这个代码是没有GC垃圾的。

看过示例2的人应该知道了，这个会创建一个Action对象来包装成员变量的方法。IL代码如下所示：

💡

所以这个基本上跟示例2没有太多的差别，只是示例2是编译器生成的一个成员函数，优化方式也是一样的。

示例5

有一定编程经验的人肯定知道Test5这个情景。通过for循环创建匿名闭包函数，然后访问for循环的index下标i。如下所示：

根据前面的示例，有人会说了，这样会创建5个带i的对象和5个Action委托对象，但是实际上不是。

看到这段代码，相信有经验的人都知道最终会打印出来的是5次5。而不是1到5。但是通过IL代码能够很清晰的分析出来。

IL下面如下:

代码很长，但是不要慌，实际上流程非常简单

创建一个Action的数组

重点来了，看IL知道这里只创建了一个’<>c__DisplayClass5_0’对象，这个对象里面有一个变量i和一个成员函数’<Test5>b__0’。

初始化这个对象的i为0，这个对象的i为函数的遍历索引

接着就是循环逻辑，其中i对比和i++，以及循环的代码跳转我们略过，只看核心部分。那就是创建Action委托对象包装上述的’<>c__DisplayClass5_0’的成员函数’<Test5>b__0’，然后放入数组中

最后就是循环调用数组中的Action函数。

💡

结论：其实只有一个带i的变量被创建出来了，也就是为啥最终会输出5次5，因为是共用的同一个带i的临时对象。这种情况其实就是一个临时对象+5个Action对象被创建出来，也是效率比较低的写法。优化的方式也是可以通过封装一个对象，和多次调用这个对象中的函数的方式来优化，优化方式比较简单，这里就不展开了。

示例6

Test6，循环中创建匿名闭包，并且引用上层的for循环索引i以及名为local循环内局部变量，代码如下所示:

根据上述代码，以及结合之前的示例，这里应该都知道打印出来的 5 0 5 1 5 2 5 3 5 4

那么结合IL看看这里实际上编译器会帮我们生成出什么样的代码

先来就来分析分析。

创建一个Action的数组

跟示例5一样，创建了一个’<>c__DisplayClass6_0’对象，这个对象里面有一个变量i和一个成员函数’<Test5>b__0’。以下简称 Class60

初始化这个对象的i为0，这个对象的i为函数的遍历索引

进入循环体，创建了新的对象，类型为'<>c__DisplayClass6_1' ，这个对象的成员有local、一个Class60类型的对象名为'CS$<>8__locals1’、以及函数'<Test6>b__0’。'<Test6>b__0’里就是匿名函数的内容。以下简称这个对象为 Class61

Class61 会持有 Class60 ，并且for中的local变量，也变成了 Class61 的成员变量。

然后就是循环体中，创建了Action并且包装了 Class61 的成员函数'<Test6>b__0’

最后就是for循环调用数组中的Action。

💡

其中 Class61 的成员函数'<Test6>b__0’里的内容就是通过调用自己的成员变量local 。以及成员变量'CS$<>8__locals1’类型为Class60 中的变量i。所以local有5个，但是i是同一个。最终创建出来的对象是一个Class60，5个Class61，5个Action委托对象。这种方式会导致创建出很多GC垃圾是非常不建议的。

🖥️ 总结

除了示例1以外，其他的所有的情况下调用都需要特别主意，不能因为是实名函数，或者因为是没有访问上层局部变量就觉得使用闭包函数没有GC Alloc。

使用建议：

不访问上层局部变量，也不访问类成员变量的，这样闭包函数不需要处理，因为这种函数可以被静态化，编译器会优化。

访问类成员变量的，或者直接传入类成员函数名到Action的，建议创建一个Action成员变，然后初始化的时候先设置好。

访问上层局部变量的情况少用。想要优化，就是创建自己创建类去持有你需要的变量，然后走对象，走函数调用，不走委托调用。

最后再一个提示，当我们调用String.Format的时候以及$””这样代码的时候，建议手动调用值类型的ToString()方法，不然像$”{i} {local}” 这样的代码，其实通过IL查看是要走两次的box指令的，导致了额外的装箱操作，然后Format函数会调用object的ToString()方法转成string。

📘 附录

完整C#代码如下，IL代码可以自行用ILSpy查看