教你使用.NET快速比较两个byte数组是否相等

using BenchmarkDotNet.Attributes;
using BenchmarkDotNet.Running;
using CompareByte;
// 需要引入BenchmarkDotNet的命名空间
// 运行Benchmark相当简单，只需要执行这个静态方法，泛型是需要评测的类
var summary = BenchmarkRunner.Run<BenchmarkCompareMethod>();
// 我们需要一些评测内存结果信息
// 并且生成html报表
[MemoryDiagnoser]
[HtmlExporter]
public class BenchmarkCompareMethod
{
    // 准备两个数组，填充4MB大小的数据
    private static readonly byte[] XBytes = Enumerable.Range(0, 4096000).Select(c => (byte) c).ToArray();
    private static readonly byte[] YBytes = Enumerable.Range(0, 4096000).Select(c => (byte) c).ToArray();
    public BenchmarkCompareMethod()
    {
        // 修改数组最后一个元素，使其不同
        XBytes[4095999] = 1;
        YBytes[4095999] = 2;
    }
    [Benchmark(Baseline = true)]
    public void ForCompare()
    {
        .....
    }
}

public static bool ForCompare(byte[]? x, byte[]? y)
{
    if (ReferenceEquals(x, y)) return true;		// 引用相等，可以直接认为相等
    if (x is null || y is null) return false;	// 两者引用不相等情况下,一方为null那就不相等
    if (x.Length != y.Length) return false;		// 两者长度不等，那么肯定也不相等
    for (var index = 0; index < x.Length; index++)
    {
        if (x[index] != y[index]) return false;
    }
    return true;
}

using System.Runtime.CompilerServices;
.....
[MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining | MethodImplOptions.AggressiveOptimization)]
public static bool ForCompare(byte[]? x, byte[]? y)

int memcmp(
   const void *buffer1, // 数组1指针
   const void *buffer2, // 数组2指针
   size_t count	// 比较字节数
);

using System;
using System.Runtime.InteropServices;
namespace CompareByte;
public static class BytesCompare
{
    [DllImport("msvcrt.dll")]	// 需要使用的dll名称
    private static extern unsafe int memcmp(byte* b1, byte* b2, int count);
    // 由于指针使用是内存不安全的操作，所以需要使用unsafe关键字
    // 项目文件中也要加入<AllowUnsafeBlocks>true</AllowUnsafeBlocks>来允许unsafe代码
    public static unsafe bool MemcmpCompare(byte[]? x,byte[]? y)
    {
        if (ReferenceEquals(x, y)) return true;
        if (x is null || y is null) return false;
        if (x.Length != y.Length) return false;
        
        // 在.NET程序的运行中，垃圾回收器可能会整理和压缩内存，这样会导致数组地址变动
        // 所以，我们需要使用fixed关键字，将x和y数组'固定'在内存中，让GC不移动它
        // 更多详情请看 https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/language-reference/keyWords/fixed-statement
        fixed (byte* xPtr = x, yPtr = y)	
        {
            return memcmp(xPtr, yPtr, x.Length) == 0;
        }
    }
}

public static unsafe bool UlongCompare(byte[]? x, byte[]? y)
{
    if (ReferenceEquals(x, y)) return true;
    if (x is null || y is null) return false;
    if (x.Length != y.Length) return false;
    
    fixed (byte* xPtr = x, yPtr = y)
    {
        return UlongCompareInternal(xPtr, yPtr, x.Length);
    }
}
private static unsafe bool UlongCompareInternal(byte* xPtr, byte* yPtr, int length)
{
    // 指针+偏移量计算出数组最后一个元素地址
    byte* lastAddr = xPtr + length;
    byte* lastAddrMinus32 = lastAddr - 32;
    while (xPtr < lastAddrMinus32) // 我们一次循环比较32字节，也就是256位
    {
        // 一次判断比较前64位
        if (*(ulong*) xPtr != *(ulong*) yPtr) return false;
        // 第二次从64为开始，比较接下来的64位，需要指针偏移64位，一个byte指针是8为，所以需要偏移8个位置才能到下一轮起始位置
        // 所以代码就是xPtr+8
        if (*(ulong*) (xPtr + 8) != *(ulong*) (yPtr + 8)) return false;
        // 同上面一样，第三次从第128位开始比较64位
        if (*(ulong*) (xPtr + 16) != *(ulong*) (yPtr + 16)) return false;
        // 第四次从第192位开始比较64位
        if (*(ulong*) (xPtr + 24) != *(ulong*) (yPtr + 24)) return false;
        // 一轮总共比较了256位，让指针偏移256位
        xPtr += 32;
        yPtr += 32;
    }
    // 因为上面是一次性比较32字节(256位)，可能数组不能为32整除，最后只留下比如30字节，20字节
    // 最后的几个字节，我们用循环来逐字节比较
    while (xPtr < lastAddr)
    {
        if (*xPtr != *yPtr) return false;
        xPtr++;
        yPtr++;
    }
    return true;
}

using System.Runtime.Intrinsics.X86; // 需要引入这个命名空间
namespace CompareByte;
public static class BytesCompare
{
    ......
    public static unsafe bool Sse2Compare(byte[]? x, byte[]? y)
    {
        if (ReferenceEquals(x, y)) return true;
        if (x is null || y is null) return false;
        if (x.Length != y.Length) return false;
        
        fixed (byte* xPtr = x, yPtr = y)
        {
            return Sse2CompareInternal(xPtr, yPtr, x.Length);
        }
    }
    
    private static unsafe bool Sse2CompareInternal(byte* xPtr, byte* yPtr, int length)
        // 这里的算法与64位大体一样，只是位数变成了128位
        byte* lastAddr = xPtr + length;
        byte* lastAddrMinus64 = lastAddr - 64;
        const int mask = 0xFFFF;
        while (xPtr < lastAddrMinus64)
            // 使用Sse2.LoadVector128()各加载x和y的128位数据
            // 再使用Sse2.CompareEqual()比较是否相等，它的返回值是一个128位向量，如果相等，该位置返回0xffff，否则返回0x0
            // CompareEqual的结果是128位的，我们可以通过Sse2.MoveMask()来重新排列成32位，最终看是否等于0xffff就好
            if (Sse2.MoveMask(Sse2.CompareEqual(Sse2.LoadVector128(xPtr), Sse2.LoadVector128(yPtr))) != mask)
            {
                return false;
            }
            if (Sse2.MoveMask(Sse2.CompareEqual(Sse2.LoadVector128(xPtr + 16), Sse2.LoadVector128(yPtr + 16))) != mask)
            if (Sse2.MoveMask(Sse2.CompareEqual(Sse2.LoadVector128(xPtr + 32), Sse2.LoadVector128(yPtr + 32))) != mask)
            if (Sse2.MoveMask(Sse2.CompareEqual(Sse2.LoadVector128(xPtr + 48), Sse2.LoadVector128(yPtr + 48))) != mask)
            xPtr += 64;
            yPtr += 64;
        while (xPtr < lastAddr)
            if (*xPtr != *yPtr) return false;
            xPtr++;
            yPtr++;
        return true;
}

using System.Runtime.Intrinsics.X86; // 需要引入这个命名空间
namespace CompareByte;
public static class BytesCompare
{
    ......
	public static unsafe bool Avx2Compare(byte[]? x, byte[]? y)
    {
        if (ReferenceEquals(x, y)) return true;
        if (x is null || y is null) return false;
        if (x.Length != y.Length) return false;
        
        fixed (byte* xPtr = x, yPtr = y)
        {
            return Avx2CompareInternal(xPtr, yPtr, x.Length);
        }
    }
    
    private static unsafe bool Avx2CompareInternal(byte* xPtr, byte* yPtr, int length)
        byte* lastAddr = xPtr + length;
        byte* lastAddrMinus128 = lastAddr - 128;
        const int mask = -1;
        while (xPtr < lastAddrMinus128)
            // 更换为Avx2指令集，一次加载256位
            if (Avx2.MoveMask(Avx2.CompareEqual(Avx.LoadVector256(xPtr), Avx.LoadVector256(yPtr))) != mask)
            {
                return false;
            }
            if (Avx2.MoveMask(Avx2.CompareEqual(Avx.LoadVector256(xPtr + 32), Avx.LoadVector256(yPtr + 32))) != mask)
            if (Avx2.MoveMask(Avx2.CompareEqual(Avx.LoadVector256(xPtr + 64), Avx.LoadVector256(yPtr + 64))) != mask)
            if (Avx2.MoveMask(Avx2.CompareEqual(Avx.LoadVector256(xPtr + 96), Avx.LoadVector256(yPtr + 96))) != mask)
            xPtr += 128;
            yPtr += 128;
        while (xPtr < lastAddr)
            if (*xPtr != *yPtr) return false;
            xPtr++;
            yPtr++;
        return true;
}

// 代码非常简单，只需要调用System.Linq.SequenceEqual方法即可
public static bool SequenceCompare(byte[]? x, byte[]? y)
{
    if (ReferenceEquals(x, y)) return true;
    if (x is null || y is null) return false;
    if (x.Length != y.Length) return false;
    
    return x.SequenceEqual(y);
}