C#委托的性能开销具体在哪里，有哪些使用指导？
委托，这个C中的基石之一，它的强大之处在于能够将方法像变量一样传递和调用。但凡事皆有代价，委托也不例外。理解它的性能开销，以及如何在实践中规避这些开销，是写出更高效C代码的关键。
我们先来拆解委托的“内功心法”，看看它到底做了什么，以及在这个过程中可能产生的“损耗”。
委托的幕后：方法调用的“代理人”
本质上，委托是一种类型安全的函数指针。当你在一个地方声明一个委托类型，然后在另一个地方创建这个委托的一个实例，并将其指向某个方法时，你实际上是在创建一个“代理人”。这个代理人知道具体要调用哪个方法，以及如何调用它。
这个“代理人”的创建过程，以及后续的调用过程，就是产生性能开销的源头。
1. 委托实例的创建（装箱的幽灵，虽然不总是）：
当你创建一个委托实例时，CLR（.NET Common Language Runtime）需要做一些事情。如果委托指向的是一个实例方法（非静态方法），CLR 需要将 `this` 引用（也就是对象本身）打包进委托的内部结构中。这个打包的过程，在某些情况下，可能会涉及装箱（Boxing）。
装箱是什么？ 想象一下，你有一个值类型（比如 `int` 或 `struct`）。如果你想把它当作一个对象（`object`）来处理，CLR 就需要为它在托管堆上分配一块内存，并将值类型的内容复制过去，然后返回一个指向这块内存的引用。这就是装箱。
为何有时会发生？ 委托指向实例方法时，需要知道是哪个对象的方法。这个“哪个对象”的信息，通常是以引用类型（`object`）的形式存储在委托实例中的。如果委托指向一个值类型的方法，那么 `this` 引用就需要被装箱成 `object`。
性能影响： 装箱操作涉及到堆内存分配和数据复制，这比直接在栈上操作值类型要慢得多，并且会增加垃圾回收的压力。好消息是，如果委托指向的是一个引用类型的方法，或者指向一个静态方法，通常就不会发生装箱。
2. 委托的调用（方法调用的“间接跳转”）：
当你调用一个委托实例时，CLR 并不是直接跳到目标方法执行。它需要通过委托实例内部的指针，找到实际要调用的方法。这个过程涉及到：
虚方法查找（Delegate invocation）： 委托的调用机制和虚方法调用有些类似，它需要查找目标方法的具体地址。这个查找过程虽然经过高度优化，但终究是比直接方法调用多了一个查找的步骤。
链式调用（Multicast Delegates）： 当一个委托指向多个方法（通过 `+` 操作符组合），调用委托时，CLR 需要遍历委托链中的每一个目标方法，依次执行。这无疑增加了调用的次数和开销。
3. 垃圾回收（GC）的负担：
前面提到的委托实例创建，尤其是涉及装箱时，会在托管堆上分配对象。这些对象也需要被垃圾回收器（GC）管理。频繁地创建和丢弃大量委托实例，会给GC带来额外的压力，导致GC暂停应用程序执行，影响响应速度。
我们该如何“驯服”委托的性能影响？
理解了开销的来源，我们就能对症下药。以下是一些关键的使用指导，让你能更优雅、更高效地使用委托：
避免委托指向值类型的方法（除非必要）：
这是最容易引起装箱的场景。如果你发现一个委托实例需要指向一个 `struct` 的方法，仔细思考一下是否有替代方案。例如，是否可以重构 `struct`，让其方法变成静态方法，或者将 `struct` 包装在一个类中。如果确实需要，并且性能敏感，要意识到这里可能存在潜在的开销。
优先使用静态方法：
静态方法不与任何特定对象实例关联，因此创建指向静态方法的委托时，不会涉及到 `this` 引用的装箱，也不会有实例方法查找的复杂性。这通常是最轻量级的委托使用方式。
小心链式委托（Multicast Delegates）的过度使用：
虽然链式委托在事件处理等场景下非常有用，但如果一个委托链变得非常长，或者频繁地动态添加/移除委托项，每次调用委托都会遍历整个链，累积起来的开销是不可忽视的。如果你的应用场景需要非常大量的、动态的、独立的“回调”，考虑使用更适合的数据结构（如 `List`）来管理，并在需要时手动遍历调用，这可能比一个超长的委托链更具可控性。
委托和 Lambda 表达式的权衡：
Lambda 表达式常常被用来简洁地创建委托。很多时候，Lambda 表达式的性能与直接创建委托实例相当。然而，Lambda 表达式如果捕获了外部变量（closure），也可能导致这些变量被装箱到堆上，产生额外的开销。
捕获值类型： Lambda 捕获值类型变量时，这些变量会被装箱到堆上。
捕获引用类型： Lambda 捕获引用类型变量时，通常只是引用被捕获，对象本身不会被移动，开销相对较小。
因此，如果你的 Lambda 表达式捕获了大量值类型变量，也要留心潜在的装箱开销。
考虑 `Action`/`Func` 等泛型委托：
.NET 提供了 `Action` 和 `Func` 系列的泛型委托。它们是预定义的委托类型，非常通用。使用它们可以避免你自行声明委托类型，减少代码量，并且由于它们通常是针对非值类型的场景优化的，在很多情况下可以更好地控制性能。
性能分析工具是你的好朋友：
当你怀疑委托是性能瓶颈时，不要凭空猜测。使用 Visual Studio 的性能分析器（Profiler）或 dotTrace 等工具，可以精确地定位到委托的创建和调用的开销，了解实际发生的装箱情况，以及方法调用的具体耗时。
Delegate.CreateDelegate 和 MethodInfo.Invoke 的对比：
在某些高级场景下，你可能会直接使用 `Delegate.CreateDelegate` 来创建委托，或者使用 `MethodInfo.Invoke` 来调用方法。`Delegate.CreateDelegate` 的创建开销通常比直接实例化委托要高一些，因为它需要通过反射来查找和绑定方法。而 `MethodInfo.Invoke` 则是一个纯粹的反射调用，其性能开销远高于委托调用，因为它涉及到方法查找、参数打包/解包、类型检查等一系列操作。委托调用是对 `MethodInfo.Invoke` 的一种性能优化。
总结一下，委托的性能开销主要体现在：
实例创建时的潜在装箱： 尤其是指向值类型实例方法的委托。
调用时的间接跳转： 相较于直接方法调用，多了一个查找目标方法的步骤。
链式委托的累积调用开销： 委托链越长，调用开销越大。
垃圾回收的压力： 委托实例（特别是装箱后的）需要GC管理。
而优化的关键在于：
尽量保持委托指向静态方法。
谨慎处理委托指向值类型实例的方法。
审慎使用长链式的多播委托。
理解 Lambda 捕获变量的潜在装箱。
善用预定义的泛型委托。
利用性能分析工具进行实证分析。
委托是C中强大而灵活的工具，掌握其性能特性，并能在需要时进行优化，是成为一名优秀C开发者的必经之路。并非所有委托调用都需要极致优化，只有在性能关键路径上，才需要我们对这些细微的开销格外关注。
我们先来拆解委托的“内功心法”，看看它到底做了什么，以及在这个过程中可能产生的“损耗”。
委托的幕后：方法调用的“代理人”
本质上，委托是一种类型安全的函数指针。当你在一个地方声明一个委托类型，然后在另一个地方创建这个委托的一个实例，并将其指向某个方法时，你实际上是在创建一个“代理人”。这个代理人知道具体要调用哪个方法，以及如何调用它。
这个“代理人”的创建过程，以及后续的调用过程，就是产生性能开销的源头。
1. 委托实例的创建（装箱的幽灵，虽然不总是）：
当你创建一个委托实例时，CLR（.NET Common Language Runtime）需要做一些事情。如果委托指向的是一个实例方法（非静态方法），CLR 需要将 `this` 引用（也就是对象本身）打包进委托的内部结构中。这个打包的过程，在某些情况下，可能会涉及装箱（Boxing）。
装箱是什么？ 想象一下，你有一个值类型（比如 `int` 或 `struct`）。如果你想把它当作一个对象（`object`）来处理，CLR 就需要为它在托管堆上分配一块内存，并将值类型的内容复制过去，然后返回一个指向这块内存的引用。这就是装箱。
为何有时会发生？ 委托指向实例方法时，需要知道是哪个对象的方法。这个“哪个对象”的信息，通常是以引用类型（`object`）的形式存储在委托实例中的。如果委托指向一个值类型的方法，那么 `this` 引用就需要被装箱成 `object`。
性能影响： 装箱操作涉及到堆内存分配和数据复制，这比直接在栈上操作值类型要慢得多，并且会增加垃圾回收的压力。好消息是，如果委托指向的是一个引用类型的方法，或者指向一个静态方法，通常就不会发生装箱。
2. 委托的调用（方法调用的“间接跳转”）：
当你调用一个委托实例时，CLR 并不是直接跳到目标方法执行。它需要通过委托实例内部的指针，找到实际要调用的方法。这个过程涉及到：
虚方法查找（Delegate invocation）： 委托的调用机制和虚方法调用有些类似，它需要查找目标方法的具体地址。这个查找过程虽然经过高度优化，但终究是比直接方法调用多了一个查找的步骤。
链式调用（Multicast Delegates）： 当一个委托指向多个方法（通过 `+` 操作符组合），调用委托时，CLR 需要遍历委托链中的每一个目标方法，依次执行。这无疑增加了调用的次数和开销。
3. 垃圾回收（GC）的负担：
前面提到的委托实例创建，尤其是涉及装箱时，会在托管堆上分配对象。这些对象也需要被垃圾回收器（GC）管理。频繁地创建和丢弃大量委托实例，会给GC带来额外的压力，导致GC暂停应用程序执行，影响响应速度。
我们该如何“驯服”委托的性能影响？
理解了开销的来源，我们就能对症下药。以下是一些关键的使用指导，让你能更优雅、更高效地使用委托：
避免委托指向值类型的方法（除非必要）：
这是最容易引起装箱的场景。如果你发现一个委托实例需要指向一个 `struct` 的方法，仔细思考一下是否有替代方案。例如，是否可以重构 `struct`，让其方法变成静态方法，或者将 `struct` 包装在一个类中。如果确实需要，并且性能敏感，要意识到这里可能存在潜在的开销。
优先使用静态方法：
静态方法不与任何特定对象实例关联，因此创建指向静态方法的委托时，不会涉及到 `this` 引用的装箱，也不会有实例方法查找的复杂性。这通常是最轻量级的委托使用方式。
小心链式委托（Multicast Delegates）的过度使用：
虽然链式委托在事件处理等场景下非常有用，但如果一个委托链变得非常长，或者频繁地动态添加/移除委托项，每次调用委托都会遍历整个链，累积起来的开销是不可忽视的。如果你的应用场景需要非常大量的、动态的、独立的“回调”，考虑使用更适合的数据结构（如 `List
委托和 Lambda 表达式的权衡：
Lambda 表达式常常被用来简洁地创建委托。很多时候，Lambda 表达式的性能与直接创建委托实例相当。然而，Lambda 表达式如果捕获了外部变量（closure），也可能导致这些变量被装箱到堆上，产生额外的开销。
捕获值类型： Lambda 捕获值类型变量时，这些变量会被装箱到堆上。
捕获引用类型： Lambda 捕获引用类型变量时，通常只是引用被捕获，对象本身不会被移动，开销相对较小。
因此，如果你的 Lambda 表达式捕获了大量值类型变量，也要留心潜在的装箱开销。
考虑 `Action`/`Func` 等泛型委托：
.NET 提供了 `Action` 和 `Func` 系列的泛型委托。它们是预定义的委托类型，非常通用。使用它们可以避免你自行声明委托类型，减少代码量，并且由于它们通常是针对非值类型的场景优化的，在很多情况下可以更好地控制性能。
性能分析工具是你的好朋友：
当你怀疑委托是性能瓶颈时，不要凭空猜测。使用 Visual Studio 的性能分析器（Profiler）或 dotTrace 等工具，可以精确地定位到委托的创建和调用的开销，了解实际发生的装箱情况，以及方法调用的具体耗时。
Delegate.CreateDelegate 和 MethodInfo.Invoke 的对比：
在某些高级场景下，你可能会直接使用 `Delegate.CreateDelegate` 来创建委托，或者使用 `MethodInfo.Invoke` 来调用方法。`Delegate.CreateDelegate` 的创建开销通常比直接实例化委托要高一些，因为它需要通过反射来查找和绑定方法。而 `MethodInfo.Invoke` 则是一个纯粹的反射调用，其性能开销远高于委托调用，因为它涉及到方法查找、参数打包/解包、类型检查等一系列操作。委托调用是对 `MethodInfo.Invoke` 的一种性能优化。
总结一下，委托的性能开销主要体现在：
实例创建时的潜在装箱： 尤其是指向值类型实例方法的委托。
调用时的间接跳转： 相较于直接方法调用，多了一个查找目标方法的步骤。
链式委托的累积调用开销： 委托链越长，调用开销越大。
垃圾回收的压力： 委托实例（特别是装箱后的）需要GC管理。
而优化的关键在于：
尽量保持委托指向静态方法。
谨慎处理委托指向值类型实例的方法。
审慎使用长链式的多播委托。
理解 Lambda 捕获变量的潜在装箱。
善用预定义的泛型委托。
利用性能分析工具进行实证分析。
委托是C中强大而灵活的工具，掌握其性能特性，并能在需要时进行优化，是成为一名优秀C开发者的必经之路。并非所有委托调用都需要极致优化，只有在性能关键路径上，才需要我们对这些细微的开销格外关注。
网友意见
会实际去做测试是一件很好的事情，但是带着先入为主的观点去做测试就很容易忽略真正的问题。
从测试结果中最显而易见的事情应该是：
创建对象是一个成本比较高的事情。
这个代码是每次都新建一个delegate对象的，循环中平均每次耗时0.01157us。
然后将InRange的赋值语句移动到循环外边，循环中每次只是调用委托，平均耗时0.005406us。
最后去掉委托，直接调用函数，平均耗时0.002895us
每次新建一个delegate对象所花费的时间是不创建对象所花费的时间的一倍。
如果你进行更多的实验，你会得到更明确的结论：
大量创建托管对象是一件比较损耗性能的事情。
所以，这个实验告诉我们的结论应当是：
应尽量避免大量的创建托管对象。
和委托的关系并不大
因为在这个实验中很显然通过委托调用带来的性能损失，还不如创建委托对象所带来的性能损失。
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