[C#] 参照型における()キャストとis, asキーワードによる型変換の速さの違い

はじめに

C#で型変換に使う主な5つの方法の速さを比べました。

結論

()キャストを使う場合、例外が発生すると極端に遅くなるが、全く例外が発生しないケースでは最速でした。
is, asの型変換はどんなケースでもそれなりの速さが出るようです。

環境

Windows 10 Home, AMD Ryzen 5 3500 6-Core Processor(3.59 GHz), 16GB Memory, Visual Studio 2019, .Net Core 3.1

計測コード

class A
{
    public A(string s)
    {
        member = s;
    }

    string member;
}

class B
{
    public B(string s)
    {
        member = s;
    }

    string member;
}

//tryとcatchで囲って()キャストする方法
static void Cast(object[] vs)
{
    foreach (object o in vs)
    {
        try
        {
            A v = (A)o;
        }
        catch
        {

        }
    }
}

//asキーワードで変換してからnullチェックする方法
static void AsIf(object[] vs)
{
    foreach (object o in vs)
    {
        A v = o as A;
        if (v == null) { }
    }
}

//isキーワードで変換できるかをチェックし、そのまま変換する方法
static void IfIs(object[] vs)
{
    foreach (object o in vs)
    {
        if (o is A v) { }
    }
}

//isキーワードでチェックしてから()キャストする方法
static void IfIsCast(object[] vs)
{
    foreach (object o in vs)
    {
        if (o is A)
        {
            A v = (A)o;
        }
    }
}

//isキーワードでチェックしてからasキーワードで変換する方法
static void IfIsAs(object[] vs)
{
    foreach (object o in vs)
    {
        if (o is A)
        {
            A v = o as A;
        }
    }
}

//５つの変換方法を試す
static void TryMethods(int percentageOfA)
{
    int separator = (int)(percentageOfA / 100f * ss.Length);
    object[] vs = ss.Select((s, i) => i < separator ? (object)new A(s) : new B(s)).ToArray();

    Console.WriteLine($"{percentageOfA}%");
    Console.WriteLine($"Cast:\t\t{Measure(count, () => Cast(vs))}");
    Console.WriteLine($"AsIf:\t\t{Measure(count, () => AsIf(vs))}");
    Console.WriteLine($"IfIs:\t\t{Measure(count, () => IfIs(vs))}");
    Console.WriteLine($"IfIsCast:\t{Measure(count, () => IfIsCast(vs))}");
    Console.WriteLine($"IfIsAs:\t\t{Measure(count, () => IfIsAs(vs))}");
    Console.WriteLine();
}

static int count = 3000;
static string[] ss = new string[10000000];

//エントリポイント
public static void Entry()
{
    Random random = new Random();
    for (int i = 0; i < ss.Length; i++)
    {
        int length = random.Next(10);
        for (int j = 0; j < length; j++)
        {
            ss[i] += (char)random.Next('A', 'z');
        }
    }

    Console.WriteLine($"count:\t{count}");
    Console.WriteLine($"length:\t{ss.Length}");
    Console.WriteLine();

    TryMethods(0);
    TryMethods(20);
    TryMethods(40);
    TryMethods(60);
    TryMethods(80);
    TryMethods(100);
}

//関数の処理にかかる時間を計測する
public static TimeSpan Measure(int count, Action action)
{
    DateTime time = DateTime.Now;
    for (int i = 0; i < count; i++)
    {
        action();
    }
    return DateTime.Now - time;
}

結果

##型変換に失敗する参照が含まれている場合
例外処理が重すぎたため、以下の数値設定でひとまず測りました。
count = 1
length = 10000
表の左上の値は型変換に成功する参照が含まれている割合です。
時間の単位は秒です。

0%	１回目	２回目	３回目	平均
Cast	71.1655179	71.8009120	71.6555776	71.5406692
AsIf	0.0002877	0.0003214	0.0002501	0.0002864
IfIs	0.0002317	0.0001495	0.0001622	0.0001811
IfIsCast	0.0001465	0.0001404	0.0002372	0.0001747
IfIsAs	0.0001366	0.0001362	0.0001423	0.0001384

20%	１回目	２回目	３回目	平均
Cast	56.6513413	56.5845480	57.0564668	56.7641187
AsIf	0.0000406	0.0000440	0.0000363	0.0000403
IfIs	0.0000344	0.0000424	0.0000406	0.0000391
IfIsCast	0.0000363	0.0000399	0.0000358	0.0000373
IfIsAs	0.0000407	0.0000351	0.0000353	0.0000370

40%	１回目	２回目	３回目	平均
Cast	42.7042395	42.6855280	42.9887469	42.7928381
AsIf	0.0000365	0.0000365	0.0000361	0.0000364
IfIs	0.0000364	0.0000376	0.0000324	0.0000355
IfIsCast	0.0000342	0.0000369	0.0000368	0.0000360
IfIsAs	0.0000425	0.0000392	0.0000337	0.0000385

60%	１回目	２回目	３回目	平均
Cast	28.6295313	28.4973504	28.7604727	28.6291181
AsIf	0.0000340	0.0000340	0.0000343	0.0000341
IfIs	0.0000317	0.0000315	0.0000325	0.0000319
IfIsCast	0.0000490	0.0000369	0.0000372	0.0000410
IfIsAs	0.0000315	0.0000306	0.0000311	0.0000311

80%	１回目	２回目	３回目	平均
Cast	14.4235740	14.4582490	14.4788299	14.4535510
AsIf	0.0000315	0.0000325	0.0000309	0.0000316
IfIs	0.0000273	0.0000329	0.0000315	0.0000306
IfIsCast	0.0000304	0.0000342	0.0000342	0.0000329
IfIsAs	0.0000322	0.0000363	0.0000304	0.0000330

100%	１回目	２回目	３回目	平均
Cast	0.0000244	0.0000241	0.0000264	0.0000250
AsIf	0.0000286	0.0000272	0.0000259	0.0000272
IfIs	0.0000263	0.0000262	0.0000261	0.0000262
IfIsCast	0.0000303	0.0000358	0.0000300	0.0000320
IfIsAs	0.0000303	0.0000302	0.0000301	0.0000302

型変換に失敗する参照が含まれていない場合

上の結果でいう100%だけを以下の数値設定で測りました。
count = 3000
length = 10000000

100%	１回目	２回目	３回目	平均
Cast	73.9517405	74.0026143	74.1104895	74.0216148
AsIf	81.3793428	81.5171491	81.4947477	81.4637465
IfIs	81.9090815	82.2008835	81.9648811	82.0249487
IfIsCast	93.9863807	94.0810441	87.0868509	91.7180919
IfIsAs	93.9113493	94.2150005	87.0688733	91.7317410

()キャストは最速といっても気持ち速い程度のようです。
IfIsCastとIfIsAsは値が比較的安定していないので、実行状況によって速さが変わりやすいのかもしれません。