c# - C＃-Convert.ToSingle（）のより高速な代替手段

Question

私はテキストファイルから何百万もの浮動小数点数を読み取るプログラムに取り組んでいます。このプログラムは、私が設計しているゲーム内で実行されるため、高速である必要があります（objファイルをロードしています）。これまでのところ、Convert.ToSingle（）の速度が遅いため、比較的小さなファイルのロードには（プリコンパイルなしで）約1分かかります。これを行うためのより速い方法はありますか？

編集：これが私がObjファイルを解析するために使用するコードです

http://pastebin.com/TfgEge9J

using System;
using System.IO;
using System.Collections.Generic;
using OpenTK.Math;
using System.Drawing;
using PlatformLib;

public class ObjMeshLoader
{
    public static StreamReader[] LoadMeshes(string fileName)
    {
        StreamReader mreader = new StreamReader(PlatformLib.Platform.openFile(fileName));
        MemoryStream current = null;
        List<MemoryStream> mstreams = new List<MemoryStream>();
        StreamWriter mwriter = null;

        if (!mreader.ReadLine().Contains("#"))
        {
            mreader.BaseStream.Close();
            throw new Exception("Invalid header");
        }

        while (!mreader.EndOfStream)
        {
            string cmd = mreader.ReadLine();
            string line = cmd;
            line = line.Trim(splitCharacters);
            line = line.Replace("  ", " ");

            string[] parameters = line.Split(splitCharacters);
            if (parameters[0] == "mtllib")
            {
                loadMaterials(parameters[1]);
            }

            if (parameters[0] == "o")
            {
                if (mwriter != null)
                {
                    mwriter.Flush();
                    current.Position = 0;
                }

                current = new MemoryStream();
                mwriter = new StreamWriter(current);
                mwriter.WriteLine(parameters[1]);
                mstreams.Add(current);
            }
            else
            {
                if (mwriter != null)
                {
                    mwriter.WriteLine(cmd);
                    mwriter.Flush();
                }
            }
        }

        mwriter.Flush();
        current.Position = 0;
        List<StreamReader> readers = new List<StreamReader>();

        foreach (MemoryStream e in mstreams)
        {
            e.Position = 0;
            StreamReader sreader = new StreamReader(e);
            readers.Add(sreader);
        }

        return readers.ToArray();
    }

    public static bool Load(ObjMesh mesh, string fileName)
    {
        try
        {
            using (StreamReader streamReader = new StreamReader(Platform.openFile(fileName)))
            {
                Load(mesh, streamReader);
                streamReader.Close();
                return true;
            }
        }
        catch { return false; }
    }

    public static bool Load2(ObjMesh mesh, StreamReader streamReader, ObjMesh prevmesh)
    {
        if (prevmesh != null)
        {
            //mesh.Vertices = prevmesh.Vertices;
        }

        try
        {
            //streamReader.BaseStream.Position = 0;
            Load(mesh, streamReader);
            streamReader.Close();
#if DEBUG
            Console.WriteLine("Loaded "+mesh.Triangles.Length.ToString()+" triangles and"+mesh.Quads.Length.ToString()+" quadrilaterals parsed, with a grand total of "+mesh.Vertices.Length.ToString()+" vertices.");
#endif
            return true;
        }
        catch (Exception er) { Console.WriteLine(er); return false; }
    }

    static char[] splitCharacters = new char[] { ' ' };
    static List<Vector3> vertices;
    static List<Vector3> normals;
    static List<Vector2> texCoords;
    static Dictionary<ObjMesh.ObjVertex, int> objVerticesIndexDictionary;
    static List<ObjMesh.ObjVertex> objVertices;
    static List<ObjMesh.ObjTriangle> objTriangles;
    static List<ObjMesh.ObjQuad> objQuads;
    static Dictionary<string, Bitmap> materials = new Dictionary<string, Bitmap>();

    static void loadMaterials(string path)
    {
        StreamReader mreader = new StreamReader(Platform.openFile(path));
        string current = "";
        bool isfound = false;

        while (!mreader.EndOfStream)
        {
            string line = mreader.ReadLine();
            line = line.Trim(splitCharacters);
            line = line.Replace("  ", " ");

            string[] parameters = line.Split(splitCharacters);

            if (parameters[0] == "newmtl")
            {
                if (materials.ContainsKey(parameters[1]))
                {
                    isfound = true;
                }
                else
                {
                    current = parameters[1];
                }
            }

            if (parameters[0] == "map_Kd")
            {
                if (!isfound)
                {
                    string filename = "";
                    for (int i = 1; i < parameters.Length; i++)
                    {
                        filename += parameters[i];
                    }

                    string searcher = "\\" + "\\";

                    filename.Replace(searcher, "\\");
                    Bitmap mymap = new Bitmap(filename);
                    materials.Add(current, mymap);
                    isfound = false;
                }
            }
        }
    }

    static float parsefloat(string val)
    {
        return Convert.ToSingle(val);
    }

    int remaining = 0;

    static string GetLine(string text, ref int pos)
    {
        string retval = text.Substring(pos, text.IndexOf(Environment.NewLine, pos));
        pos = text.IndexOf(Environment.NewLine, pos);
        return retval;
    }

    static void Load(ObjMesh mesh, StreamReader textReader)
    {
        //try {
        //vertices = null;
        //objVertices = null;
        if (vertices == null)
        {
            vertices = new List<Vector3>();
        }

        if (normals == null)
        {
            normals = new List<Vector3>();
        }

        if (texCoords == null)
        {
            texCoords = new List<Vector2>();
        }

        if (objVerticesIndexDictionary == null)
        {
            objVerticesIndexDictionary = new Dictionary<ObjMesh.ObjVertex, int>();
        }

        if (objVertices == null)
        {
            objVertices = new List<ObjMesh.ObjVertex>();
        }

        objTriangles = new List<ObjMesh.ObjTriangle>();
        objQuads = new List<ObjMesh.ObjQuad>();

        mesh.vertexPositionOffset = vertices.Count;

        string line;
        string alltext = textReader.ReadToEnd();
        int pos = 0;

        while ((line = GetLine(alltext, pos)) != null)
        {
            if (line.Length < 2)
            {
                break;
            }

            //line = line.Trim(splitCharacters);
            //line = line.Replace("  ", " ");

            string[] parameters = line.Split(splitCharacters);

            switch (parameters[0])
            {

                case "usemtl":
                    //Material specification
                    try
                    {
                        mesh.Material = materials[parameters[1]];
                    }
                    catch (KeyNotFoundException)
                    {
                        Console.WriteLine("WARNING: Texture parse failure: " + parameters[1]);
                    }

                    break;
                case "p": // Point
                    break;
                case "v": // Vertex
                    float x = parsefloat(parameters[1]);
                    float y = parsefloat(parameters[2]);
                    float z = parsefloat(parameters[3]);
                    vertices.Add(new Vector3(x, y, z));
                    break;
                case "vt": // TexCoord
                    float u = parsefloat(parameters[1]);
                    float v = parsefloat(parameters[2]);
                    texCoords.Add(new Vector2(u, v));
                    break;
                case "vn": // Normal
                    float nx = parsefloat(parameters[1]);
                    float ny = parsefloat(parameters[2]);
                    float nz = parsefloat(parameters[3]);
                    normals.Add(new Vector3(nx, ny, nz));
                    break;
                case "f":
                    switch (parameters.Length)
                    {
                        case 4:
                            ObjMesh.ObjTriangle objTriangle = new ObjMesh.ObjTriangle();
                            objTriangle.Index0 = ParseFaceParameter(parameters[1]);
                            objTriangle.Index1 = ParseFaceParameter(parameters[2]);
                            objTriangle.Index2 = ParseFaceParameter(parameters[3]);
                            objTriangles.Add(objTriangle);
                            break;
                        case 5:
                            ObjMesh.ObjQuad objQuad = new ObjMesh.ObjQuad();
                            objQuad.Index0 = ParseFaceParameter(parameters[1]);
                            objQuad.Index1 = ParseFaceParameter(parameters[2]);
                            objQuad.Index2 = ParseFaceParameter(parameters[3]);
                            objQuad.Index3 = ParseFaceParameter(parameters[4]);
                            objQuads.Add(objQuad);
                            break;
                    }
                    break;
            }
        }
        //}catch(Exception er) {
        //  Console.WriteLine(er);
        //  Console.WriteLine("Successfully recovered. Bounds/Collision checking may fail though");
        //}
        mesh.Vertices = objVertices.ToArray();
        mesh.Triangles = objTriangles.ToArray();
        mesh.Quads = objQuads.ToArray();
        textReader.BaseStream.Close();
    }

    public static void Clear()
    {
        objVerticesIndexDictionary = null;
        vertices = null;
        normals = null;
        texCoords = null;
        objVertices = null;
        objTriangles = null;
        objQuads = null;
    }

    static char[] faceParamaterSplitter = new char[] { '/' };

    static int ParseFaceParameter(string faceParameter)
    {
        Vector3 vertex = new Vector3();
        Vector2 texCoord = new Vector2();
        Vector3 normal = new Vector3();

        string[] parameters = faceParameter.Split(faceParamaterSplitter);

        int vertexIndex = Convert.ToInt32(parameters[0]);

        if (vertexIndex < 0) vertexIndex = vertices.Count + vertexIndex;
        else vertexIndex = vertexIndex - 1;

        //Hmm. This seems to be broken.
        try
        {
            vertex = vertices[vertexIndex];
        }
        catch (Exception)
        {
            throw new Exception("Vertex recognition failure at " + vertexIndex.ToString());
        }

        if (parameters.Length > 1)
        {
            int texCoordIndex = Convert.ToInt32(parameters[1]);

            if (texCoordIndex < 0) texCoordIndex = texCoords.Count + texCoordIndex;
            else texCoordIndex = texCoordIndex - 1;

            try
            {
                texCoord = texCoords[texCoordIndex];
            }
            catch (Exception)
            {
                Console.WriteLine("ERR: Vertex " + vertexIndex + " not found. ");
                throw new DllNotFoundException(vertexIndex.ToString());
            }
        }

        if (parameters.Length > 2)
        {
            int normalIndex = Convert.ToInt32(parameters[2]);

            if (normalIndex < 0) normalIndex = normals.Count + normalIndex;
            else normalIndex = normalIndex - 1;

            normal = normals[normalIndex];
        }

        return FindOrAddObjVertex(ref vertex, ref texCoord, ref normal);
    }

    static int FindOrAddObjVertex(ref Vector3 vertex, ref Vector2 texCoord, ref Vector3 normal)
    {
        ObjMesh.ObjVertex newObjVertex = new ObjMesh.ObjVertex();
        newObjVertex.Vertex = vertex;
        newObjVertex.TexCoord = texCoord;
        newObjVertex.Normal = normal;

        int index;

        if (objVerticesIndexDictionary.TryGetValue(newObjVertex, out index))
        {
            return index;
        }
        else
        {
            objVertices.Add(newObjVertex);
            objVerticesIndexDictionary[newObjVertex] = objVertices.Count - 1;
            return objVertices.Count - 1;
        }
    }
}

Answer 1

あなたの説明と投稿したコードに基づいて、あなたの問題は読み取り、解析、またはコレクションへの追加方法にあるとは限りません。最も可能性の高い問題は、ObjMesh.Objvertex構造がオーバーライドされていないことGetHashCodeです。( http://www.opentk.com/files/ObjMesh.csのようなコードを使用していると仮定しています。

をオーバーライドGetHashCodeしていない場合、objVerticesIndexDictionaryは線形リストのように機能します。これにより、発生しているパフォーマンスの問題が説明されます。

GetHashCodeクラスに適したメソッドを提供することを検討することをお勧めしますObjMesh.Objvertex。

ValueType.GetHashCode() が実装されているのはなぜですか?を参照してください。値型の既定のGetHashCode実装と、ハッシュ テーブルまたはディクショナリでの使用に適していない理由については、を参照してください。

Answer 2

編集 3: 問題は解析にはありません。

それはファイルの読み方にあります。正しく読めば、より速くなります。しかし、あなたの読書は異常に遅いようです。私の最初の疑いは、過剰な割り当てが原因であるということでしたが、それは全体の速度低下を説明していないため、コードにも他の問題があるようです.

それにもかかわらず、すべてのオブジェクト割り当てを完全に回避するために作成したコードを次に示します。

static void Main(string[] args)
{
    long counter = 0;
    var sw = Stopwatch.StartNew();
    var sb = new StringBuilder();
    var text = File.ReadAllText("spacestation.obj");
    for (int i = 0; i < text.Length; i++)
    {
        int start = i;
        while (i < text.Length &&
            (char.IsDigit(text[i]) || text[i] == '-' || text[i] == '.'))
        { i++; }
        if (i > start)
        {
            sb.Append(text, start, i - start); //Copy data to the buffer

            float value = Parse(sb); //Parse the data

            sb.Remove(0, sb.Length); //Clear the buffer
            counter++;
        }
    }
    sw.Stop();
    Console.WriteLine("{0:N0}", sw.Elapsed.TotalSeconds); //Only a few ms
}

このパーサーで:

const int MIN_POW_10 = -16, int MAX_POW_10 = 16,
    NUM_POWS_10 = MAX_POW_10 - MIN_POW_10 + 1;
static readonly float[] pow10 = GenerateLookupTable();
static float[] GenerateLookupTable()
{
    var result = new float[(-MIN_POW_10 + MAX_POW_10) * 10];
    for (int i = 0; i < result.Length; i++)
        result[i] = (float)((i / NUM_POWS_10) *
                Math.Pow(10, i % NUM_POWS_10 + MIN_POW_10));
    return result;
}
static float Parse(StringBuilder str)
{
    float result = 0;
    bool negate = false;
    int len = str.Length;
    int decimalIndex = str.Length;
    for (int i = len - 1; i >= 0; i--)
        if (str[i] == '.')
        { decimalIndex = i; break; }
    int offset = -MIN_POW_10 + decimalIndex;
    for (int i = 0; i < decimalIndex; i++)
        if (i != decimalIndex && str[i] != '-')
            result += pow10[(str[i] - '0') * NUM_POWS_10 + offset - i - 1];
        else if (str[i] == '-')
            negate = true;
    for (int i = decimalIndex + 1; i < len; i++)
        if (i != decimalIndex)
            result += pow10[(str[i] - '0') * NUM_POWS_10 + offset - i];
    if (negate)
        result = -result;
    return result;
}

それはほんの一瞬で起こります。

もちろん、このパーサーは十分にテストされておらず、現在の制限 (およびその他) があります。

• 配列で提供されているよりも多くの数字 (10 進数と整数) を解析しようとしないでください。

• エラー処理は一切ありません。

• 指数ではなく小数のみを解析します! つまり、解析はできます1234.56ができません1.23456E3。

• グローバリゼーション/ローカリゼーションを気にしません。あなたのファイルは 1 つの形式しかないので、おそらく英語を使用して保存しているので、そのようなことを気にする必要はありません。

必ずしもこれほどやり過ぎが必要なわけではないようですが、コードを見てボトルネックを突き止めてみてください。読み取りでも解析でもないようです。

Answer 3

速度の問題が本当に原因であることを測定しましたConvert.ToSingleか?

あなたが含めたコードでは、次のようなリストと辞書を作成しています。

normals = new List<Vector3>();
texCoords = new List<Vector2>();
objVerticesIndexDictionary = new Dictionary<ObjMesh.ObjVertex, int>();

次に、ファイルを読み取るときに、一度に 1 つの項目をコレクションに追加します。考えられる最適化の 1 つは、法線、texCoords、インデックス、およびすべての合計数をファイルの先頭に保存し、これらのコレクションをこれらの数で初期化することです。これにより、コレクションで使用されるバッファーが事前に割り当てられるため、それらへのアイテムの追加は非常に高速になります。

したがって、コレクションの作成は次のようになります。

// These values should be stored at the beginning of the file
int totalNormals = Convert.ToInt32(textReader.ReadLine());
int totalTexCoords = Convert.ToInt32(textReader.ReadLine());
int totalIndexes = Convert.ToInt32(textReader.ReadLine());

normals = new List<Vector3>(totalNormals);
texCoords = new List<Vector2>(totalTexCoords);
objVerticesIndexDictionary = new Dictionary<ObjMesh.ObjVertex, int>(totalIndexes);

List<T> コンストラクター (Int32)およびDictionary<TKey, TValue> コンストラクター (Int32)を参照してください。

Answer 4

この関連する質問は C++ 向けですが、一読の価値があります。

可能な限り高速に読み取るために、ファイルをメモリにマップしてから、カスタム浮動小数点パーサーを使用して解析することをお勧めします。特に、数値が常に特定の形式であることがわかっている場合 (つまり、あなたが最初の入力ファイル)。

Answer 5

.Net 文字列の解析を 1 回テストしましたが、テキストを解析する最速の関数は古い VB Val() 関数でした。関連する部分を Microsoft.VisualBasic.Conversion Val(string) から引き出すことができます

Converting String to numbers

Comparison of relative test times (ms / 100000 conversions)
Double  Single  Integer    Int(w/ decimal point)
14      13      6          16                 Val(Str)
14      14      6          16                 Cxx(Val(Str)) e.g., CSng(Val(str))
22      21      17          e!                Convert.To(str)
23      21      16          e!                XX.Parse(str) e.g. Single.Parse()
30      31      31         32                 Cxx(str)

Val: fastest, part of VisualBasic dll, skips non-numeric,
ConvertTo and Parse: slower, part of core, exception on bad format (including decimal point)
Cxx: slowest (for strings), part of core, consistent times across formats