.NET 8 RC1

[ufcpp]

配信URL: https://www.youtube.com/watch?v=qaEfydb4B4U

公式アナウンス:

• Announcing .NET 8 RC1
• Visual Studio 2022 17.8 Preview 2
  • リリースノート
• ASP.NET Core updates in .NET 8 Release Candidate 1
• Announcing .NET MAUI in .NET 8 Release Candidate 1
• EF Core 8 RC1
• API diff

C# がらみ:

• RC ということは、LangVersion preview なくても net8.0 ターゲットの時点で C# 12 に
• C# は ref readonly 引数に対応
• ReadOnlySpan 相手にコレクション式を使ったとき、まだ配列が new されてそう
• IImmutableList とかのインターフェイスに CollectionBuilder 属性ついた (C# 側が未対応)
• Unsafe.ReadUnaligned とか、「リテラルを渡されるとまずい」系の ref 引数が ref readonly に (RequiresLocationAttribute ついた)

↓コンパイルエラーに。

using System.Collections.Immutable;

IImmutableList<int> list = [1, 2, 3]; // 適切な Create メソッドがないと怒られる。

foreach (var x in list)
{
    Console.WriteLine(x);
}

↓通るようになった(ref readonly)。

int x = 123;

m(in x); // in 引数同様、in 呼び可能。

m(ref x); // ref 付けても OK に。

m(x); // 一応 in 省略も、エラーではなく警告。
m(456); // これも警告のみ。

static void m(ref readonly int x) => Console.WriteLine(x);

[ufcpp]

恒　例　行　事

https://devblogs.microsoft.com/dotnet/performance-improvements-in-net-8/

• JIT
  • Dynamic PGO がデフォルトでon (6, 7ではデフォルト off)
  • これを機に、PGO の詳細な説明あり
  • 注意: devirtualize かかりやすくなったといっても「IList を List に変えれば早い」みたいな手動最適化はまだ有効
  • Vectorize
  • ハードウェア未対応のとき Vectro256 を Vector128 を使って実装
  • AVX512 対応
  • 「今使っているこのマシンはAVX512に対応していないが、Dev Boxで対応してるインスタンス立ててそれ使って動作確認」とか言ってる
  • ulong から double への変換とかもむっちゃ速く(AVX512 にそういう命令ありそう)
  • 分岐削減
  • i >= 0 && j >= 0; を (i | j) >= 0 に置き換えたり
  • 条件付き命令(ストール起こさない)使ったり
  • x ? 1 : 0 の類が「false/trueが内部的に0/1」を使って素通しに
  • 配列の境界チェック削除できるパターン増えた
  • array[i % array.Length]
  • s.Length >= N && s[^N]
  • 定数折り畳み
  • const / static readonly フィールドの string, 配列の長さ・要素を定数扱い
  • new DateTime(2023, 9, 1) みたいなのが(long Ticks の定数に)折りたたまれるように
  • Non-GC Heap
  • GC の対象にならないヒープ領域を導入 → 関節参照を1回減らせる、トラッキングが減る
  • const string とか typeof(T) とか Array.Empty の置き場に
  • 0 初期化
  • 0初期化も vertorize、一定長超えると素直に memset
  • 値型
  • promotion: 構造体の必要に応じて一部分だけ読み込みしたりする最適化
  • .NET 7時点では4フィールド以下の構造体だけ対応、.NET 8で改善
  • List<T>.Enumerator とかが改善の対象に
  • キャスト
  • T が sealed のときの is T[] が高速に(共変チェックを削れる)
  • Native AOT
  • ただの Hello World、.NET 7で13MBくらいだったのが .NET 8 で 1.5MB に
• VM (runtime のうち、GC、JIT以外のところ、型ローダーとか)
• GC
  • dynamic heap count
• Mono
• スレッド
  • ThreadStatic のアクセス高速化
  • AOT で ThreadPool 利用時、Portable 実装か Windows 固有実装かを選べるように
  • Task
  • 同期的に定数を返す非同期メソッド(async Task<int> X() => 0; とか)が、キャッシュされた Task<T> を返す
  • AsyncStateMachineBox からいくつかフィールド削ったり(Task クラスに非同期メソッドでは使わないフィールドがあるのでそれを流用)
  • ConfigureAwaitOptions
    • Task.Run するより await CompletedTask.ConfigureAwait(ForceYielding)
  • Parallel
• Reflection
• Exceptions
• Primitives
  • Enums
  • Enum.GetValues用の値、ulongで持ってたのをgenericにしてunderlying typeの配列に変更
  • enum値が0からの連番の時の最適化(検索挟まず、ただの配列アクセスする)パス追加
  • ISpanFormattable になったりで文字列補間が高速に
  • Numbers
  • Format時の桁数計算、テーブルを使って分岐をなくした
  • 10で割って各桁 → 100で割って2桁ずつ に変更
  • 0.ToString() とかでテーブルから "0" を返してたの、0～9まで だったのを 0～299 までで同じことやるように
  • b フォーマット(ToString("b") で2進数文字列化)
  • IUtf8SpanFormattable (ISpanFormattable と実装共有しててパフォーマンスほぼ一緒、共有化で CoreLib が2000行減った)
  • MMM (月名)とかのとき、InvariantCulture 用(jan ～ dec 決め打ち)最適化
  • めったに使わないデータの遅延初期化
  • DateTime
  • s とか u フォーマット用の専用ルーチン実装
  • Guid
  • Random
  • 剰余演算を 乗算+シフト で代用するアルゴリズム導入
• Strings, Arrays, and Spans
  • UTF8
  • IUtf8SpanFormattable
  • Utf8.TryWrite が C# 10 の文字列補間ハンドラーを使って高速化
  • 定数文字列の UTF-8 エンコードを intrinsics 化して JIT 時最適化
  • 結果、 Span<char> TryFormat と Utf8.TryFormat がほぼ同パフォーマンス
  • ASCII
  • System.Text.Ascii クラス
  • Base64
  • Hex
  • String Formatting
  • CompositeFormat 書式を最初に1回だけパースしておいて、以後の Format を高速に
  • Spans
  • Span 向けの Replace, Split, SplitAny
  • IndexOfAnyInRange, IndexOfAnyExceptInRange
  • プリミティブだけで構成された構造体の Span の SequenceEqual が bitwise 比較(box 回避 + vectorize)されるように
  • MemoryMarshal.ToEnumerable が「中身が配列 or string のときの最適化」でだいぶ高速に
  • SearchValues
  • Stephen 曰く「Dynamic PGO の次に熱い」
  • IndexOfAny は渡す文字セットによって最適なアルゴリズムが違うし、アルゴリズムで使うデータ構造も違うので、それを初期化時に判定・データ構築して以後の検索を高速に
    • ブルームフィルターってアルゴリズムで使う確率マップとか
    • JSON とか URL エスケープとか、Span EnumerateLines が高速に
  • Regex
  • 上記 IndexOf 亜種とか SearchValues を使うように
  • Hashing
  • Initialization
  • 1バイトデータ型以外で ReadOnlySpan 最適化かかるように(RuntimeHelpers.CreateSpan 利用)
  • DaysToMonth365 とかが高速に
  • Analyzers
  • IndexOf() == 0 → StartsWith
  • StartsWith(1文字 string) → StartsWith(char)
  • ToUpperInvariant().StartsWith → StartsWith(, OrdinalIgnoreCase)
• Collections
  • General
  • 空コレクションの GetEnumerator がシングルトンを返す
  • List
  • List.AddRange 高速化、AddRange(ReadOnllySpan) 追加
  • SetCount (CollectionsMarshal.AsSpan 前に事前に List のサイズ変更できるように)
  • LINQ
  • 上記 SetCount 大活躍(ToList とか)
  • Order とかで、元の位置に区別がつかない型の場合に不安定ソート使うように
  • OrderBy とかで、キーが値型の時の専用パス追加
  • Dictionary
  • KeyValuePair 用 ToDictionary
  • ContainsKey → Add してるコードを TryAdd に書き換えるアナライザー
  • string.GetHashCode のランダム化を、衝突が大きくなりすぎるまではやらない(わざと衝突を狙うDOS攻撃手法がある)
  • Frozen Collections
  • 初期化時にコストかけて最適なアルゴリズムに分岐して、その後の read を高速に
  • 今ある Immutable 系コレクションは「Add するときは新インスタンス作って、元のインスタンスは不変」前提で Add が速い(Read はちょっと遅い)
  • Frozen は「初期が後に Add することは考えず、その時点のキーを元に最適な構造を作る」(Read が速い)
  • 文字列キーだと Length-based 分岐とかやってる(要素が一定数以下の時だけ)
  • 整数キーなら値そのものをハッシュ値にする
  • Immutable Collections
  • BitArray
  • Collection Expressions
• File I/O
• Networking
  • Networking Primitives
  • Sockets
  • TLS
  • HTTP
• JSON
• Crytography
• Logging
• Configuration
• Peanut Butter
• What’s Next?

[ufcpp]

ref readonly の一番のモチベーション:

using System.Runtime.InteropServices;

// こういうのとか
var s1 = MemoryMarshal.CreateReadOnlySpan(0, 1);

// こういうのが大変まずい。
int x = 123;
var y = 256;
var s2 = MemoryMarshal.CreateReadOnlySpan(x + y, 1);

// 一時変数が使ってる領域どこか未定義。下手したらレジスターで完結しててどこも指せない。

[ufcpp]

VS の更新したらちゃんと、↓がInlineArray使うようになった。

Span<string> s = ["", "a", "abc"];

foreach (var x in s) Console.WriteLine(x);

Array.Empty 最適化(配列 or ReadOnly 系インターフェイスのみ)もかかる。

IReadOnlyList<int> list = []; // Array.Empty<int>() と一緒。

dotnet build だと使わない… また微妙にコンパイラーのバージョン違うんだ。

[ufcpp]

VS側コンパイラーでもまだ IImmutableList (インターフェイス)のコレクション式はダメ。

[ufcpp]

プライマリコンストラクター引数の2重バッキングフィールドに対する警告出るようになってた。

class A(int x)
{
    private int _x = x; // CS9124
    public int X { get; } = x; // CS9124
    public int Y => x; // この行がなければ別に CS9124 は出ない。
}

[ufcpp]

https://twitter.com/ufcpp/status/1702562859564273980

readonly系インターフェイスの場合はイテレーターと同じような(GetEnumeratorで新規インスタンス作らない)型を生成して使うようになる予定(作業真っ最中)。

roslyn の 69623 GA までには(merge 済みなので多分次のリリースには)入るはず。

[ufcpp-live]

public static void m1(IEnumerable<int>? x)
{
    foreach (var item in x ?? []) // Array.Empty<int>()
    {
    }
}

public static void m2(IList<int>? x)
{
    foreach (var item in x ?? []) // new List<int>()
    {
    }
}

[ufcpp-live]

using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;

// こいつはマジでまずい。
// temporary 変数の参照って何？
int x = 123;
var y = 1;
var span = MemoryMarshal.CreateReadOnlySpan(x + y, 1);

// これのせいで、前までは in にできなかった。
// 前までは ref だったので、
ref readonly var r = ref x;
var s1 = MemoryMarshal.CreateReadOnlySpan(
    ref Unsafe.AsRef(in r), // in を ref に置き換える Unsafe やくざ
    1);

// これからは in r が行ける。
var s2 = MemoryMarshal.CreateReadOnlySpan(in r, 1);

[ufcpp-live]

using System.Runtime.InteropServices;

var s1 = MemoryMarshal.CreateReadOnlySpan(123, 1);
Console.WriteLine(s1[0]);

var s2 = MemoryMarshal.CreateReadOnlySpan(456, 1);
Console.WriteLine(s2[0]);

var s3 = MemoryMarshal.CreateReadOnlySpan(789, 1);
Console.WriteLine(s3[0]);

Console.WriteLine(s1[0]); // こいつも 789 に書き変わってる
Console.WriteLine(s2[0]); // 同上
// (環境依存、未定義動作)

[ufcpp-live]

struct A
{
    // 現在有効
    public readonly ref readonly int M1(ref readonly int x) => ref x;

    // 可能性出てきた
    public readonly ref readonly int M2(readonly ref readonly int x) => ref x;
}

[ufcpp-live]

primary ctor 化

[ufcpp-live]

partial class A(int x) // 未使用引数警告あり
{
    public int x;
    public int Y => x; // この x はフィールドの x。
}

[ufcpp-live]

class B
{
    public int _x;

    /// <summary>
    /// コンストラクター
    /// </summary>
    /// <param name="x">x のさまりー</param>
    public B(int x) { _x = x; }
}

↓ IDE0290 リファクタリング

/// <summary>
/// コンストラクター
/// </summary>
/// <param name="x">x のさまりー</param>
class B(int x)
{
    public int _x = x;
}

[ufcpp-live]

/// <summary>
/// クラス
/// </summary>
class B
{
    public int _x;

    /// <summary>
    /// コンストラクター
    /// </summary>
    /// <param name="x">x のさまりー</param>
    public B(int x) { _x = x; }
}

↓ IDE0290

/// <summary>
/// クラス
/// </summary>
/// <remarks>
/// コンストラクター
/// </remarks>
/// <param name="x">x のさまりー</param>
class B(int x)
{
    public int _x = x;
}

[ufcpp-live]

<summary/> はバグったｗｗ

[ufcpp-live]

永久ループはしなかった。

[ufcpp-live]

using System.Runtime.InteropServices;

List<int> list = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9];

CollectionsMarshal.SetCount(list, 4);

foreach (var item in list)
{
    Console.Write($"{item} ");
}
Console.WriteLine();

CollectionsMarshal.SetCount(list, 8); // Grow で再アロケーション要らないくらいの長さの時は値が復活。
//CollectionsMarshal.SetCount(list, 100); // Grow で再確保必要な場合は復活しない。

foreach (var item in list)
{
    Console.Write($"{item} ");
}
Console.WriteLine();