Сравнение двух байтовых массивов в .NET

Как я могу сделать это быстро?

Конечно, я могу сделать это:

static bool ByteArrayCompare(byte[] a1, byte[] a2)
{
    if (a1.Length != a2.Length)
        return false;

    for (int i=0; i<a1.Length; i++)
        if (a1[i]!=a2[i])
            return false;

    return true;
}

Но я ищу либо функцию BCL, либо какой-нибудь высоко оптимизированный проверенный способ сделать это.

java.util.Arrays.equals((sbyte[])(Array)a1, (sbyte[])(Array)a2);

работает хорошо, но не похоже, что это будет работать для x64.

Обратите внимание на мой сверхбыстрый ответ здесь .

Вы можете использовать метод Enumerable.SequenceEqual .

using System;
using System.Linq;
...
var a1 = new int[] { 1, 2, 3};
var a2 = new int[] { 1, 2, 3};
var a3 = new int[] { 1, 2, 4};
var x = a1.SequenceEqual(a2); // true
var y = a1.SequenceEqual(a3); // false

Если по какой-то причине вы не можете использовать .NET 3.5, ваш метод в порядке.
Среда компилятора \ среды выполнения оптимизирует ваш цикл, поэтому вам не нужно беспокоиться о производительности.

P / Invoke полномочия активируются!

[DllImport("msvcrt.dll", CallingConvention=CallingConvention.Cdecl)]
static extern int memcmp(byte[] b1, byte[] b2, long count);

static bool ByteArrayCompare(byte[] b1, byte[] b2)
{
    // Validate buffers are the same length.
    // This also ensures that the count does not exceed the length of either buffer.  
    return b1.Length == b2.Length && memcmp(b1, b2, b1.Length) == 0;
}

Для этого в .NET 4 есть новое встроенное решение - IStructuralEquatable

static bool ByteArrayCompare(byte[] a1, byte[] a2) 
{
    return StructuralComparisons.StructuralEqualityComparer.Equals(a1, a2);
}

Пользователь gil предложил небезопасный код, который породил это решение:

// Copyright (c) 2008-2013 Hafthor Stefansson
// Distributed under the MIT/X11 software license
// Ref: http://www.opensource.org/licenses/mit-license.php.
static unsafe bool UnsafeCompare(byte[] a1, byte[] a2) {
  if(a1==a2) return true;
  if(a1==null || a2==null || a1.Length!=a2.Length)
    return false;
  fixed (byte* p1=a1, p2=a2) {
    byte* x1=p1, x2=p2;
    int l = a1.Length;
    for (int i=0; i < l/8; i++, x1+=8, x2+=8)
      if (*((long*)x1) != *((long*)x2)) return false;
    if ((l & 4)!=0) { if (*((int*)x1)!=*((int*)x2)) return false; x1+=4; x2+=4; }
    if ((l & 2)!=0) { if (*((short*)x1)!=*((short*)x2)) return false; x1+=2; x2+=2; }
    if ((l & 1)!=0) if (*((byte*)x1) != *((byte*)x2)) return false;
    return true;
  }
}

который выполняет 64-битное сравнение для максимально возможного массива. Этот вид рассчитывает на то, что массивы начинаются с выравнивания qword. Это сработает, если не выровнять qword, но не так быстро, как если бы это было.

Он работает примерно на семь таймеров быстрее, чем простой forцикл. Использование библиотеки J # выполняется аналогично оригинальному forциклу. Использование .SequenceEqual работает в семь раз медленнее; Я думаю только потому, что он использует IEnumerator.MoveNext. Я думаю, что решения на основе LINQ, по крайней мере, такие медленные или хуже.

Span<T> предлагает чрезвычайно конкурентоспособную альтернативу без необходимости вводить запутанный и / или непереносимый пух в базу кода вашего собственного приложения:

// byte[] is implicitly convertible to ReadOnlySpan<byte>
static bool ByteArrayCompare(ReadOnlySpan<byte> a1, ReadOnlySpan<byte> a2)
{
    return a1.SequenceEqual(a2);
}

Реализация (внутренности) .NET Core 3.1.0 может быть найдена здесь .

Я пересмотрел суть @ EliArbel, добавив этот метод так SpansEqual, чтобы отбрасывать большинство менее интересных исполнителей в тестах других, запускать его с различными размерами массива, выводить графики и отмечать SpansEqualв качестве базового уровня, чтобы он сообщал, как различные методы сравниваются с SpansEqual,

Приведенные ниже цифры взяты из результатов, слегка отредактированных для удаления столбца «Ошибка».

|        Method |  ByteCount |               Mean |            StdDev | Ratio |
|-------------- |----------- |-------------------:|------------------:|------:|
|    SpansEqual |         15 |           3.562 ns |         0.0035 ns |  1.00 |
|  LongPointers |         15 |           4.611 ns |         0.0028 ns |  1.29 |
|      Unrolled |         15 |          18.035 ns |         0.0195 ns |  5.06 |
| PInvokeMemcmp |         15 |          11.210 ns |         0.0353 ns |  3.15 |
|               |            |                    |                   |       |
|    SpansEqual |       1026 |          20.048 ns |         0.0286 ns |  1.00 |
|  LongPointers |       1026 |          63.347 ns |         0.1062 ns |  3.16 |
|      Unrolled |       1026 |          39.175 ns |         0.0304 ns |  1.95 |
| PInvokeMemcmp |       1026 |          40.830 ns |         0.0350 ns |  2.04 |
|               |            |                    |                   |       |
|    SpansEqual |    1048585 |      44,070.526 ns |        35.3348 ns |  1.00 |
|  LongPointers |    1048585 |      59,973.407 ns |        80.4145 ns |  1.36 |
|      Unrolled |    1048585 |      55,032.945 ns |        24.4745 ns |  1.25 |
| PInvokeMemcmp |    1048585 |      55,593.719 ns |        22.4301 ns |  1.26 |
|               |            |                    |                   |       |
|    SpansEqual | 2147483591 | 253,648,180.000 ns | 1,112,524.3074 ns |  1.00 |
|  LongPointers | 2147483591 | 249,412,064.286 ns | 1,079,409.5670 ns |  0.98 |
|      Unrolled | 2147483591 | 246,329,091.667 ns |   852,021.7992 ns |  0.97 |
| PInvokeMemcmp | 2147483591 | 247,795,940.000 ns | 3,390,676.3644 ns |  0.98 |

Я был удивлен, увидев, SpansEqualчто методы max-array-size не вышли на первое место, но разница настолько мала, что я не думаю, что это когда-либо будет иметь значение.

Информация о моей системе:

BenchmarkDotNet=v0.12.0, OS=Windows 10.0.18362
Intel Core i7-6850K CPU 3.60GHz (Skylake), 1 CPU, 12 logical and 6 physical cores
.NET Core SDK=3.1.100
  [Host]     : .NET Core 3.1.0 (CoreCLR 4.700.19.56402, CoreFX 4.700.19.56404), X64 RyuJIT
  DefaultJob : .NET Core 3.1.0 (CoreCLR 4.700.19.56402, CoreFX 4.700.19.56404), X64 RyuJIT

Если вы не против этого, вы можете импортировать сборку J # "vjslib.dll" и использовать ее метод Arrays.equals (byte [], byte []) ...

Не вините меня, если кто-то смеется над вами, хотя ...

РЕДАКТИРОВАТЬ: Для чего мало, я использовал Reflector, чтобы разобрать код для этого, и вот как это выглядит:

public static bool equals(sbyte[] a1, sbyte[] a2)
{
  if (a1 == a2)
  {
    return true;
  }
  if ((a1 != null) && (a2 != null))
  {
    if (a1.Length != a2.Length)
    {
      return false;
    }
    for (int i = 0; i < a1.Length; i++)
    {
      if (a1[i] != a2[i])
      {
        return false;
      }
    }
    return true;
  }
  return false;
}

.NET 3.5 и новее имеют новый открытый тип, System.Data.Linq.Binaryкоторый инкапсулирует byte[]. Он реализует, IEquatable<Binary>что (по сути) сравнивает два байтовых массива. Обратите внимание, что System.Data.Linq.Binaryтакже есть оператор неявного преобразования из byte[].

Документация MSDN: System.Data.Linq.Binary

Отражатель декомпилируется методом Equals:

private bool EqualsTo(Binary binary)
{
    if (this != binary)
    {
        if (binary == null)
        {
            return false;
        }
        if (this.bytes.Length != binary.bytes.Length)
        {
            return false;
        }
        if (this.hashCode != binary.hashCode)
        {
            return false;
        }
        int index = 0;
        int length = this.bytes.Length;
        while (index < length)
        {
            if (this.bytes[index] != binary.bytes[index])
            {
                return false;
            }
            index++;
        }
    }
    return true;
}

Интересным моментом является то, что они переходят к байтовому циклу сравнения, только если хэши двух двоичных объектов совпадают. Это, однако, происходит за счет вычисления хэша в конструкторе Binaryобъектов (путем обхода массива с помощью forцикла :-)).

Вышеприведенная реализация означает, что в худшем случае вам, возможно, придется обходить массивы три раза: сначала для вычисления хеш-массива array1, затем для вычисления хеш-массива array2 и, наконец, (поскольку это худший сценарий, длины и хеш-значения равны) для сравнения байты в массиве 1 с байтами в массиве 2.

В целом, несмотря на то, что System.Data.Linq.Binaryон встроен в BCL, я не думаю, что это самый быстрый способ сравнить два байтовых массива: - |.

Я опубликовал аналогичный вопрос о проверке, заполнен ли ноль byte []. (SIMD-код был взломан, поэтому я удалил его из этого ответа.) Вот самый быстрый код из моих сравнений:

static unsafe bool EqualBytesLongUnrolled (byte[] data1, byte[] data2)
{
    if (data1 == data2)
        return true;
    if (data1.Length != data2.Length)
        return false;

    fixed (byte* bytes1 = data1, bytes2 = data2) {
        int len = data1.Length;
        int rem = len % (sizeof(long) * 16);
        long* b1 = (long*)bytes1;
        long* b2 = (long*)bytes2;
        long* e1 = (long*)(bytes1 + len - rem);

        while (b1 < e1) {
            if (*(b1) != *(b2) || *(b1 + 1) != *(b2 + 1) || 
                *(b1 + 2) != *(b2 + 2) || *(b1 + 3) != *(b2 + 3) ||
                *(b1 + 4) != *(b2 + 4) || *(b1 + 5) != *(b2 + 5) || 
                *(b1 + 6) != *(b2 + 6) || *(b1 + 7) != *(b2 + 7) ||
                *(b1 + 8) != *(b2 + 8) || *(b1 + 9) != *(b2 + 9) || 
                *(b1 + 10) != *(b2 + 10) || *(b1 + 11) != *(b2 + 11) ||
                *(b1 + 12) != *(b2 + 12) || *(b1 + 13) != *(b2 + 13) || 
                *(b1 + 14) != *(b2 + 14) || *(b1 + 15) != *(b2 + 15))
                return false;
            b1 += 16;
            b2 += 16;
        }

        for (int i = 0; i < rem; i++)
            if (data1 [len - 1 - i] != data2 [len - 1 - i])
                return false;

        return true;
    }
}

Измеряется на двух 256 МБ байтовых массивах:

UnsafeCompare                           : 86,8784 ms
EqualBytesSimd                          : 71,5125 ms
EqualBytesSimdUnrolled                  : 73,1917 ms
EqualBytesLongUnrolled                  : 39,8623 ms

 using System.Linq; //SequenceEqual

 byte[] ByteArray1 = null;
 byte[] ByteArray2 = null;

 ByteArray1 = MyFunct1();
 ByteArray2 = MyFunct2();

 if (ByteArray1.SequenceEqual<byte>(ByteArray2) == true)
 {
    MessageBox.Show("Match");
 }
 else
 {
   MessageBox.Show("Don't match");
 }

Давайте добавим еще один!

Недавно Microsoft выпустила специальный пакет NuGet, System.Runtime.CompilerServices.Unsafe . Он особенный, потому что он написан на IL , и предоставляет низкоуровневую функциональность, прямо недоступную в C #.

Один из его методов Unsafe.As<T>(object)позволяет приводить любой ссылочный тип к другому ссылочному типу, пропуская любые проверки безопасности. Обычно это очень плохая идея, но если оба типа имеют одинаковую структуру, это может сработать. Таким образом, мы можем использовать это, чтобы привести byte[]к long[]:

bool CompareWithUnsafeLibrary(byte[] a1, byte[] a2)
{
    if (a1.Length != a2.Length) return false;

    var longSize = (int)Math.Floor(a1.Length / 8.0);
    var long1 = Unsafe.As<long[]>(a1);
    var long2 = Unsafe.As<long[]>(a2);

    for (var i = 0; i < longSize; i++)
    {
        if (long1[i] != long2[i]) return false;
    }

    for (var i = longSize * 8; i < a1.Length; i++)
    {
        if (a1[i] != a2[i]) return false;
    }

    return true;
}

Обратите внимание, что long1.Lengthвсе равно будет возвращаться длина исходного массива, поскольку он хранится в поле в структуре памяти массива.

Этот метод не так быстр, как другие методы, продемонстрированные здесь, но он намного быстрее, чем простой метод, не использует небезопасный код, P / Invoke или пиннинг, и реализация довольно проста (IMO). Вот некоторые результаты BenchmarkDotNet с моей машины:

BenchmarkDotNet=v0.10.3.0, OS=Microsoft Windows NT 6.2.9200.0
Processor=Intel(R) Core(TM) i7-4870HQ CPU 2.50GHz, ProcessorCount=8
Frequency=2435775 Hz, Resolution=410.5470 ns, Timer=TSC
  [Host]     : Clr 4.0.30319.42000, 64bit RyuJIT-v4.6.1637.0
  DefaultJob : Clr 4.0.30319.42000, 64bit RyuJIT-v4.6.1637.0

                 Method |          Mean |    StdDev |
----------------------- |-------------- |---------- |
          UnsafeLibrary |   125.8229 ns | 0.3588 ns |
          UnsafeCompare |    89.9036 ns | 0.8243 ns |
           JSharpEquals | 1,432.1717 ns | 1.3161 ns |
 EqualBytesLongUnrolled |    43.7863 ns | 0.8923 ns |
              NewMemCmp |    65.4108 ns | 0.2202 ns |
            ArraysEqual |   910.8372 ns | 2.6082 ns |
          PInvokeMemcmp |    52.7201 ns | 0.1105 ns |

Я также создал суть со всеми тестами .

Я разработал метод, который немного бьет memcmp()(ответ плинтуса) и очень мало бьетEqualBytesLongUnrolled() (ответ ) на моем ПК. По сути, он разворачивает цикл на 4 вместо 8.

Обновление 30 марта 2019 :

Начиная с .NET core 3.0, у нас есть поддержка SIMD!

Это решение является самым быстрым с большим отрывом на моем ПК:

#if NETCOREAPP3_0
using System.Runtime.Intrinsics.X86;
#endif
…

public static unsafe bool Compare(byte[] arr0, byte[] arr1)
{
    if (arr0 == arr1)
    {
        return true;
    }
    if (arr0 == null || arr1 == null)
    {
        return false;
    }
    if (arr0.Length != arr1.Length)
    {
        return false;
    }
    if (arr0.Length == 0)
    {
        return true;
    }
    fixed (byte* b0 = arr0, b1 = arr1)
    {
#if NETCOREAPP3_0
        if (Avx2.IsSupported)
        {
            return Compare256(b0, b1, arr0.Length);
        }
        else if (Sse2.IsSupported)
        {
            return Compare128(b0, b1, arr0.Length);
        }
        else
#endif
        {
            return Compare64(b0, b1, arr0.Length);
        }
    }
}
#if NETCOREAPP3_0
public static unsafe bool Compare256(byte* b0, byte* b1, int length)
{
    byte* lastAddr = b0 + length;
    byte* lastAddrMinus128 = lastAddr - 128;
    const int mask = -1;
    while (b0 < lastAddrMinus128) // unroll the loop so that we are comparing 128 bytes at a time.
    {
        if (Avx2.MoveMask(Avx2.CompareEqual(Avx.LoadVector256(b0), Avx.LoadVector256(b1))) != mask)
        {
            return false;
        }
        if (Avx2.MoveMask(Avx2.CompareEqual(Avx.LoadVector256(b0 + 32), Avx.LoadVector256(b1 + 32))) != mask)
        {
            return false;
        }
        if (Avx2.MoveMask(Avx2.CompareEqual(Avx.LoadVector256(b0 + 64), Avx.LoadVector256(b1 + 64))) != mask)
        {
            return false;
        }
        if (Avx2.MoveMask(Avx2.CompareEqual(Avx.LoadVector256(b0 + 96), Avx.LoadVector256(b1 + 96))) != mask)
        {
            return false;
        }
        b0 += 128;
        b1 += 128;
    }
    while (b0 < lastAddr)
    {
        if (*b0 != *b1) return false;
        b0++;
        b1++;
    }
    return true;
}
public static unsafe bool Compare128(byte* b0, byte* b1, int length)
{
    byte* lastAddr = b0 + length;
    byte* lastAddrMinus64 = lastAddr - 64;
    const int mask = 0xFFFF;
    while (b0 < lastAddrMinus64) // unroll the loop so that we are comparing 64 bytes at a time.
    {
        if (Sse2.MoveMask(Sse2.CompareEqual(Sse2.LoadVector128(b0), Sse2.LoadVector128(b1))) != mask)
        {
            return false;
        }
        if (Sse2.MoveMask(Sse2.CompareEqual(Sse2.LoadVector128(b0 + 16), Sse2.LoadVector128(b1 + 16))) != mask)
        {
            return false;
        }
        if (Sse2.MoveMask(Sse2.CompareEqual(Sse2.LoadVector128(b0 + 32), Sse2.LoadVector128(b1 + 32))) != mask)
        {
            return false;
        }
        if (Sse2.MoveMask(Sse2.CompareEqual(Sse2.LoadVector128(b0 + 48), Sse2.LoadVector128(b1 + 48))) != mask)
        {
            return false;
        }
        b0 += 64;
        b1 += 64;
    }
    while (b0 < lastAddr)
    {
        if (*b0 != *b1) return false;
        b0++;
        b1++;
    }
    return true;
}
#endif
public static unsafe bool Compare64(byte* b0, byte* b1, int length)
{
    byte* lastAddr = b0 + length;
    byte* lastAddrMinus32 = lastAddr - 32;
    while (b0 < lastAddrMinus32) // unroll the loop so that we are comparing 32 bytes at a time.
    {
        if (*(ulong*)b0 != *(ulong*)b1) return false;
        if (*(ulong*)(b0 + 8) != *(ulong*)(b1 + 8)) return false;
        if (*(ulong*)(b0 + 16) != *(ulong*)(b1 + 16)) return false;
        if (*(ulong*)(b0 + 24) != *(ulong*)(b1 + 24)) return false;
        b0 += 32;
        b1 += 32;
    }
    while (b0 < lastAddr)
    {
        if (*b0 != *b1) return false;
        b0++;
        b1++;
    }
    return true;
}

Я бы использовал небезопасный код и запускал forцикл, сравнивающий указатели Int32.

Может быть, вам следует также рассмотреть проверку массивов, чтобы быть ненулевым.

Если вы посмотрите, как .NET выполняет string.Equals, вы увидите, что он использует закрытый метод EqualsHelper, который имеет «небезопасную» реализацию указателя. .NET Reflector - ваш друг, чтобы увидеть, как все происходит внутри.

Это можно использовать в качестве шаблона для сравнения байтового массива, о котором я рассказывал в блоге. Быстрое сравнение байтового массива в C # . Я также сделал несколько элементарных тестов, чтобы увидеть, когда безопасная реализация быстрее небезопасной.

Тем не менее, если вам действительно не нужна убийственная производительность, я бы пошел на простое сравнение цикла fr.

Не смог найти решения, которым я полностью доволен (разумная производительность, но небезопасный код / ​​пин-код), поэтому я придумал это, ничего оригинального, но работает:

    /// <summary>
    /// 
    /// </summary>
    /// <param name="array1"></param>
    /// <param name="array2"></param>
    /// <param name="bytesToCompare"> 0 means compare entire arrays</param>
    /// <returns></returns>
    public static bool ArraysEqual(byte[] array1, byte[] array2, int bytesToCompare = 0)
    {
        if (array1.Length != array2.Length) return false;

        var length = (bytesToCompare == 0) ? array1.Length : bytesToCompare;
        var tailIdx = length - length % sizeof(Int64);

        //check in 8 byte chunks
        for (var i = 0; i < tailIdx; i += sizeof(Int64))
        {
            if (BitConverter.ToInt64(array1, i) != BitConverter.ToInt64(array2, i)) return false;
        }

        //check the remainder of the array, always shorter than 8 bytes
        for (var i = tailIdx; i < length; i++)
        {
            if (array1[i] != array2[i]) return false;
        }

        return true;
    }

Производительность по сравнению с некоторыми другими решениями на этой странице:

Простой цикл: 19837 тиков, 1,00

* BitConverter: 4886 тиков, 4.06

UnsafeCompare: 1636 тиков, 12.12

EqualBytesLongUnrolled: 637 тиков, 31.09

P / Invoke memcmp: 369 тиков, 53,67

Протестировано в linqpad, 1000000 байтов идентичных массивов (в худшем случае), 500 итераций каждый.

Похоже, что EqualBytesLongUnrolled является лучшим из предложенного выше.

Пропущенные методы (Enumerable.SequenceEqual, StructuralComparisons.StructuralEqualityComparer.Equals) не были медленными для пациента. На 265 МБ массивах я измерил это:

Host Process Environment Information:
BenchmarkDotNet.Core=v0.9.9.0
OS=Microsoft Windows NT 6.2.9200.0
Processor=Intel(R) Core(TM) i7-3770 CPU 3.40GHz, ProcessorCount=8
Frequency=3323582 ticks, Resolution=300.8802 ns, Timer=TSC
CLR=MS.NET 4.0.30319.42000, Arch=64-bit RELEASE [RyuJIT]
GC=Concurrent Workstation
JitModules=clrjit-v4.6.1590.0

Type=CompareMemoriesBenchmarks  Mode=Throughput  

                 Method |      Median |    StdDev | Scaled | Scaled-SD |
----------------------- |------------ |---------- |------- |---------- |
             NewMemCopy |  30.0443 ms | 1.1880 ms |   1.00 |      0.00 |
 EqualBytesLongUnrolled |  29.9917 ms | 0.7480 ms |   0.99 |      0.04 |
          msvcrt_memcmp |  30.0930 ms | 0.2964 ms |   1.00 |      0.03 |
          UnsafeCompare |  31.0520 ms | 0.7072 ms |   1.03 |      0.04 |
       ByteArrayCompare | 212.9980 ms | 2.0776 ms |   7.06 |      0.25 |

OS=Windows
Processor=?, ProcessorCount=8
Frequency=3323582 ticks, Resolution=300.8802 ns, Timer=TSC
CLR=CORE, Arch=64-bit ? [RyuJIT]
GC=Concurrent Workstation
dotnet cli version: 1.0.0-preview2-003131

Type=CompareMemoriesBenchmarks  Mode=Throughput  

                 Method |      Median |    StdDev | Scaled | Scaled-SD |
----------------------- |------------ |---------- |------- |---------- |
             NewMemCopy |  30.1789 ms | 0.0437 ms |   1.00 |      0.00 |
 EqualBytesLongUnrolled |  30.1985 ms | 0.1782 ms |   1.00 |      0.01 |
          msvcrt_memcmp |  30.1084 ms | 0.0660 ms |   1.00 |      0.00 |
          UnsafeCompare |  31.1845 ms | 0.4051 ms |   1.03 |      0.01 |
       ByteArrayCompare | 212.0213 ms | 0.1694 ms |   7.03 |      0.01 |

Я не видел много решений linq здесь.

Я не уверен в последствиях для производительности, однако, как правило, придерживаюсь практического linqправила, а затем оптимизирую его позже, если это необходимо.

public bool CompareTwoArrays(byte[] array1, byte[] array2)
 {
   return !array1.Where((t, i) => t != array2[i]).Any();
 }

Обратите внимание, что это работает, только если они имеют одинаковый размер массива. расширение может выглядеть так

public bool CompareTwoArrays(byte[] array1, byte[] array2)
 {
   if (array1.Length != array2.Length) return false;
   return !array1.Where((t, i) => t != array2[i]).Any();
 }

Я провел некоторые измерения, используя прилагаемую программу .net 4.7 Release build без отладчика. Я думаю, что люди использовали неправильную метрику, так как то, о чем вы говорите, если вы заботитесь о скорости, - это сколько времени нужно, чтобы выяснить, равны ли два байтовых массива. т.е. пропускная способность в байтах.

StructuralComparison :              4.6 MiB/s
for                  :            274.5 MiB/s
ToUInt32             :            263.6 MiB/s
ToUInt64             :            474.9 MiB/s
memcmp               :           8500.8 MiB/s

Как видите, лучшего способа нет, memcmpи он на несколько порядков быстрее. Простой forцикл - второй лучший вариант. И это все еще поражает, почему Microsoft не может просто включить Buffer.Compareметод.

[Program.cs]:

using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace memcmp
{
    class Program
    {
        static byte[] TestVector(int size)
        {
            var data = new byte[size];
            using (var rng = new System.Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider())
            {
                rng.GetBytes(data);
            }
            return data;
        }

        static TimeSpan Measure(string testCase, TimeSpan offset, Action action, bool ignore = false)
        {
            var t = Stopwatch.StartNew();
            var n = 0L;
            while (t.Elapsed < TimeSpan.FromSeconds(10))
            {
                action();
                n++;
            }
            var elapsed = t.Elapsed - offset;
            if (!ignore)
            {
                Console.WriteLine($"{testCase,-16} : {n / elapsed.TotalSeconds,16:0.0} MiB/s");
            }
            return elapsed;
        }

        [DllImport("msvcrt.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
        static extern int memcmp(byte[] b1, byte[] b2, long count);

        static void Main(string[] args)
        {
            // how quickly can we establish if two sequences of bytes are equal?

            // note that we are testing the speed of different comparsion methods

            var a = TestVector(1024 * 1024); // 1 MiB
            var b = (byte[])a.Clone();

            // was meant to offset the overhead of everything but copying but my attempt was a horrible mistake... should have reacted sooner due to the initially ridiculous throughput values...
            // Measure("offset", new TimeSpan(), () => { return; }, ignore: true);
            var offset = TimeZone.Zero

            Measure("StructuralComparison", offset, () =>
            {
                StructuralComparisons.StructuralEqualityComparer.Equals(a, b);
            });

            Measure("for", offset, () =>
            {
                for (int i = 0; i < a.Length; i++)
                {
                    if (a[i] != b[i]) break;
                }
            });

            Measure("ToUInt32", offset, () =>
            {
                for (int i = 0; i < a.Length; i += 4)
                {
                    if (BitConverter.ToUInt32(a, i) != BitConverter.ToUInt32(b, i)) break;
                }
            });

            Measure("ToUInt64", offset, () =>
            {
                for (int i = 0; i < a.Length; i += 8)
                {
                    if (BitConverter.ToUInt64(a, i) != BitConverter.ToUInt64(b, i)) break;
                }
            });

            Measure("memcmp", offset, () =>
            {
                memcmp(a, b, a.Length);
            });
        }
    }
}

Для сравнения коротких байтовых массивов интересным является следующее:

if(myByteArray1.Length != myByteArray2.Length) return false;
if(myByteArray1.Length == 8)
   return BitConverter.ToInt64(myByteArray1, 0) == BitConverter.ToInt64(myByteArray2, 0); 
else if(myByteArray.Length == 4)
   return BitConverter.ToInt32(myByteArray2, 0) == BitConverter.ToInt32(myByteArray2, 0); 

Тогда я бы наверняка выпал на решение, указанное в вопросе.

Было бы интересно сделать анализ производительности этого кода.

Для тех из вас, кто заботится о порядке (т. Е. Хочет, чтобы вы memcmpвозвращали « intкак надо» вместо «ничего»), .NET Core 3.0 (и, по-видимому, .NET Standard 2.1 или .NET 5.0) будет включать Span.SequenceCompareTo(...)метод расширения (плюс a Span.SequenceEqualTo), который может использоваться для сравнения двух ReadOnlySpan<T>экземпляров (where T: IComparable<T> ).

В первоначальном предложении GitHub обсуждение включало сравнение подходов с вычислениями таблиц переходов, чтение byte[]as long[], использование SIMD и p / invoke для реализации CLR.memcmp .

В дальнейшем это должен быть метод перехода для сравнения массивов байтов или диапазонов байтов (как следует использовать Span<byte>вместо byte[]API-интерфейсов .NET Standard 2.1), и он достаточно быстр, чтобы вам больше не нужно было его оптимизировать (и нет, несмотря на сходство в названии, оно не так ужасно, как ужасно Enumerable.SequenceEqual).

#if NETCOREAPP3_0
// Using the platform-native Span<T>.SequenceEqual<T>(..)
public static int Compare(byte[] range1, int offset1, byte[] range2, int offset2, int count)
{
    var span1 = range1.AsSpan(offset1, count);
    var span2 = range2.AsSpan(offset2, count);

    return span1.SequenceCompareTo(span2);
    // or, if you don't care about ordering
    // return span1.SequenceEqual(span2);
}
#else
// The most basic implementation, in platform-agnostic, safe C#
public static bool Compare(byte[] range1, int offset1, byte[] range2, int offset2, int count)
{
    // Working backwards lets the compiler optimize away bound checking after the first loop
    for (int i = count - 1; i >= 0; --i)
    {
        if (range1[offset1 + i] != range2[offset2 + i])
        {
            return false;
        }
    }

    return true;
}
#endif

Я думал о методах ускорения передачи блоков, встроенных во многие видеокарты. Но тогда вам придется копировать все данные побайтно, так что это вам мало поможет, если вы не хотите реализовывать всю часть своей логики в неуправляемом и аппаратно-зависимом коде ...

Другой способ оптимизации, подобный подходу, показанному выше, заключается в том, чтобы хранить как можно больше ваших данных в long [], а не byte [] с самого начала, например, если вы последовательно читаете их из двоичного файла, или если вы используете файл с отображением в памяти, считывайте данные как длинные [] или одиночные длинные значения. Тогда вашему циклу сравнения потребуется только 1/8 от количества итераций, которые он должен выполнить для байта [], содержащего такое же количество данных. Речь идет о том, когда и как часто вам нужно сравнивать данные с тем, когда и как часто вам нужно обращаться к данным побайтово, например, использовать их в вызове API в качестве параметра в методе, который ожидает байт []. В конце концов, вы можете только сказать, действительно ли вы знаете вариант использования ...

Это почти наверняка намного медленнее, чем любая другая версия, приведенная здесь, но было весело писать.

static bool ByteArrayEquals(byte[] a1, byte[] a2) 
{
    return a1.Zip(a2, (l, r) => l == r).All(x => x);
}

Я остановился на решении, основанном на методе EqualBytesLongUnrolled, опубликованном ArekBulski, с дополнительной оптимизацией. В моем случае различия массивов в массивах, как правило, находятся рядом с хвостом массивов. В ходе тестирования я обнаружил, что в случае больших массивов возможность сравнивать элементы массива в обратном порядке дает этому решению огромный выигрыш в производительности по сравнению с решением на основе memcmp. Вот это решение:

public enum CompareDirection { Forward, Backward }

private static unsafe bool UnsafeEquals(byte[] a, byte[] b, CompareDirection direction = CompareDirection.Forward)
{
    // returns when a and b are same array or both null
    if (a == b) return true;

    // if either is null or different lengths, can't be equal
    if (a == null || b == null || a.Length != b.Length)
        return false;

    const int UNROLLED = 16;                // count of longs 'unrolled' in optimization
    int size = sizeof(long) * UNROLLED;     // 128 bytes (min size for 'unrolled' optimization)
    int len = a.Length;
    int n = len / size;         // count of full 128 byte segments
    int r = len % size;         // count of remaining 'unoptimized' bytes

    // pin the arrays and access them via pointers
    fixed (byte* pb_a = a, pb_b = b)
    {
        if (r > 0 && direction == CompareDirection.Backward)
        {
            byte* pa = pb_a + len - 1;
            byte* pb = pb_b + len - 1;
            byte* phead = pb_a + len - r;
            while(pa >= phead)
            {
                if (*pa != *pb) return false;
                pa--;
                pb--;
            }
        }

        if (n > 0)
        {
            int nOffset = n * size;
            if (direction == CompareDirection.Forward)
            {
                long* pa = (long*)pb_a;
                long* pb = (long*)pb_b;
                long* ptail = (long*)(pb_a + nOffset);
                while (pa < ptail)
                {
                    if (*(pa + 0) != *(pb + 0) || *(pa + 1) != *(pb + 1) ||
                        *(pa + 2) != *(pb + 2) || *(pa + 3) != *(pb + 3) ||
                        *(pa + 4) != *(pb + 4) || *(pa + 5) != *(pb + 5) ||
                        *(pa + 6) != *(pb + 6) || *(pa + 7) != *(pb + 7) ||
                        *(pa + 8) != *(pb + 8) || *(pa + 9) != *(pb + 9) ||
                        *(pa + 10) != *(pb + 10) || *(pa + 11) != *(pb + 11) ||
                        *(pa + 12) != *(pb + 12) || *(pa + 13) != *(pb + 13) ||
                        *(pa + 14) != *(pb + 14) || *(pa + 15) != *(pb + 15)
                    )
                    {
                        return false;
                    }
                    pa += UNROLLED;
                    pb += UNROLLED;
                }
            }
            else
            {
                long* pa = (long*)(pb_a + nOffset);
                long* pb = (long*)(pb_b + nOffset);
                long* phead = (long*)pb_a;
                while (phead < pa)
                {
                    if (*(pa - 1) != *(pb - 1) || *(pa - 2) != *(pb - 2) ||
                        *(pa - 3) != *(pb - 3) || *(pa - 4) != *(pb - 4) ||
                        *(pa - 5) != *(pb - 5) || *(pa - 6) != *(pb - 6) ||
                        *(pa - 7) != *(pb - 7) || *(pa - 8) != *(pb - 8) ||
                        *(pa - 9) != *(pb - 9) || *(pa - 10) != *(pb - 10) ||
                        *(pa - 11) != *(pb - 11) || *(pa - 12) != *(pb - 12) ||
                        *(pa - 13) != *(pb - 13) || *(pa - 14) != *(pb - 14) ||
                        *(pa - 15) != *(pb - 15) || *(pa - 16) != *(pb - 16)
                    )
                    {
                        return false;
                    }
                    pa -= UNROLLED;
                    pb -= UNROLLED;
                }
            }
        }

        if (r > 0 && direction == CompareDirection.Forward)
        {
            byte* pa = pb_a + len - r;
            byte* pb = pb_b + len - r;
            byte* ptail = pb_a + len;
            while(pa < ptail)
            {
                if (*pa != *pb) return false;
                pa++;
                pb++;
            }
        }
    }

    return true;
}

Извините, если вы ищете управляемый способ, вы уже делаете это правильно, и, насколько мне известно, в BCL нет встроенного метода для этого.

Вы должны добавить несколько начальных нулевых проверок, а затем просто повторно использовать их, как если бы они были в BCL.

Используйте SequenceEqualsдля этого для сравнения.

Если вы ищете очень быстрый компаратор равенства байтовых массивов, я предлагаю вам взглянуть на эту статью STSdb ​​Labs: Компаратор сравнения байтовых массивов.В нем представлены некоторые из самых быстрых реализаций для сравнения равенства массивов byte [], которые представлены, протестированы и обобщены на производительность.

Вы также можете сосредоточиться на этих реализациях:

BigEndianByteArrayComparer - быстрое сравнение байтов [] массива слева направо (BigEndian) BigEndianByteArrayEqualityComparer - быстрое сравнение байтов [] слева направо (BigEndian) LittleEndianByteArrayComparer - быстрое сравнение байтов [] справа налево (LittleE) LittleEndianByteArrayEqualityComparer - быстрый байт [] равенство равенства справа налево (LittleEndian)

Краткий ответ таков:

    public bool Compare(byte[] b1, byte[] b2)
    {
        return Encoding.ASCII.GetString(b1) == Encoding.ASCII.GetString(b2);
    }

Таким образом, вы можете использовать оптимизированное сравнение строк .NET для сравнения байтового массива без необходимости писать небезопасный код. Вот как это делается в фоновом режиме :

private unsafe static bool EqualsHelper(String strA, String strB)
{
    Contract.Requires(strA != null);
    Contract.Requires(strB != null);
    Contract.Requires(strA.Length == strB.Length);

    int length = strA.Length;

    fixed (char* ap = &strA.m_firstChar) fixed (char* bp = &strB.m_firstChar)
    {
        char* a = ap;
        char* b = bp;

        // Unroll the loop

        #if AMD64
            // For the AMD64 bit platform we unroll by 12 and
            // check three qwords at a time. This is less code
            // than the 32 bit case and is shorter
            // pathlength.

            while (length >= 12)
            {
                if (*(long*)a     != *(long*)b)     return false;
                if (*(long*)(a+4) != *(long*)(b+4)) return false;
                if (*(long*)(a+8) != *(long*)(b+8)) return false;
                a += 12; b += 12; length -= 12;
            }
       #else
           while (length >= 10)
           {
               if (*(int*)a != *(int*)b) return false;
               if (*(int*)(a+2) != *(int*)(b+2)) return false;
               if (*(int*)(a+4) != *(int*)(b+4)) return false;
               if (*(int*)(a+6) != *(int*)(b+6)) return false;
               if (*(int*)(a+8) != *(int*)(b+8)) return false;
               a += 10; b += 10; length -= 10;
           }
       #endif

        // This depends on the fact that the String objects are
        // always zero terminated and that the terminating zero is not included
        // in the length. For odd string sizes, the last compare will include
        // the zero terminator.
        while (length > 0)
        {
            if (*(int*)a != *(int*)b) break;
            a += 2; b += 2; length -= 2;
        }

        return (length <= 0);
    }
}

Поскольку многие из вышеперечисленных причудливых решений не работают с UWP и потому что я люблю Linq и функциональные подходы, я представляю вам свою версию этой проблемы. Чтобы избежать сравнения при возникновении первого различия, я выбрал .FirstOrDefault ()

public static bool CompareByteArrays(byte[] ba0, byte[] ba1) =>
    !(ba0.Length != ba1.Length || Enumerable.Range(1,ba0.Length)
        .FirstOrDefault(n => ba0[n] != ba1[n]) > 0);