C#でSpan<byte>の全ての要素が同じ値かを素早く判断する

結論

IndexOfAnyExceptを使えば速い
（追記：有り無しを調べるだけならContainsAnyExceptがあるみたいです）

動機

ReadOnlySpan<byte>があったとして、その要素がすべて0xffかどうかを判断したかった。

やってみたこと

foreachを使う

一番シンプルなやり方はforeachを使うやり方。

public bool ForeachLoop()
{
    var span = data.AsSpan();
    foreach (var byteData in span)
    {
        if (byteData != 0xff)
        {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

foreachではなくてforを使う

foreachを使わずにforを使ってインデックスで参照した場合

public bool ForLoop()
{
    var span = data.AsSpan();
    for (var i = 0; i < span.Length; i++)
    {
        if (span[i] != 0xff)
        {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

IndexOfAnyExceptを使う

この記事の本命。引数で与えられた数値以外のデータが見つかったらそのインデックスを返すという関数。見つからなかった場合は-1を返します。MemoryExtensionsの中にあるみたいです。他にも便利そうなやつが色々定義されてました。

public bool IndexOfAnyExcept()
{
    var span = data.AsSpan();
    return span.IndexOfAnyExcept((byte)0xff) == -1;
}

ベンチマーク

.NET 9でBenchmarkdotnetを使って計測してみました。32KBの大きさの全てが0xffバイト配列を渡してます。

// * Summary *

BenchmarkDotNet v0.14.0, Windows 11 (10.0.26100.3194)
Intel Core i5-14500, 1 CPU, 20 logical and 14 physical cores
.NET SDK 9.0.101
  [Host]     : .NET 9.0.0 (9.0.24.52809), X64 AOT AVX2
  DefaultJob : .NET 9.0.0 (9.0.24.52809), X64 RyuJIT AVX2


| Method           | Mean       | Error    | StdDev   |
|----------------- |-----------:|---------:|---------:|
| ForeachLoop      | 9,071.5 ns | 93.23 ns | 82.64 ns |
| ForLoop          | 9,069.3 ns | 82.11 ns | 76.81 ns |
| IndexOfAnyExcept |   391.2 ns |  7.70 ns |  7.57 ns |

// * Hints *
Outliers
  Bench.ForeachLoop: Default      -> 1 outlier  was  removed (9.29 us)
  Bench.IndexOfAnyExcept: Default -> 1 outlier  was  removed (415.33 ns)

// * Legends *
  Mean   : Arithmetic mean of all measurements
  Error  : Half of 99.9% confidence interval
  StdDev : Standard deviation of all measurements
  1 ns   : 1 Nanosecond (0.000000001 sec)

IndexOfAnyExceptが圧倒的に速かったです。byte型でしか試していませんが、他の数値型でも速くなるのかな。