「== null」と「is null」でどちらの方が高効率か

Question

タイトルにもありますが、C#で== nullとis nullでどちらの方が高効率でしょうか？もし、このサイトの説明の様に、==演算子が継承されていて、nullと比較した時にtrueが返された場合大きな問題になります。なので、is nullやSystem.Object.ReferenceEquals(object, object)等を利用して参照が確実にnullかどうか判定する必要があると思うのですが、保守性、速度等から見て全ての== nullをis nullに変えるのは、効率的と言えますか？

Answer 1

using System;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;

namespace ConsoleApp1
{
	class Program
	{
		static void Main(string[] args)
		{
			Console.WriteLine(new Nullable<int>() == null);
			Console.WriteLine(new Nullable<int>() is null);
			Console.WriteLine(ReferenceEquals(new Nullable<int>(), null));
			for (int i = 0; i < 3; i++)
			{
				MeasureTime("==", a => a == null);
				MeasureTime("is", a => a is null);
			}
			Console.ReadKey();
		}

		static void MeasureTime(string title, Func<int?, bool> action)
		{
			var stopwatch = new Stopwatch();
			stopwatch.Start();
			var result = Enumerable
				.Range(0, 100000000)
				.Select(a => (int?)a)
				.Concat(new[] { default(int?) })
				.TakeWhile(a => !action(a))
				.Count();
			stopwatch.Stop();
			Console.WriteLine($"■ {title} ■");
			Console.WriteLine($"ループ回数: {result}");
			Console.WriteLine($"時間: {stopwatch.Elapsed}");
		}
	}
}

上記コードで計測してみたところ、うちでは次のようになりました。

True
True
True
■ == ■
ループ回数: 100000000
時間: 00:00:05.3188705
■ is ■
ループ回数: 100000000
時間: 00:00:04.4728642
■ == ■
ループ回数: 100000000
時間: 00:00:04.9455408
■ is ■
ループ回数: 100000000
時間: 00:00:04.9704037
■ == ■
ループ回数: 100000000
時間: 00:00:04.9747958
■ is ■
ループ回数: 100000000
時間: 00:00:05.4253197

効率面から言えば、誤差の方が大きいので全く気にする必要はありません。

また、new Nullable<int>() に対して == is ReferenceEquals の全てが true を返しています。オブジェクトを作成しているので、当然 null ではないのになぜこうなるかと言うと、Nullable<T> は値型なので、比較関数に引数として渡される時に値のコピーが発生しますが、この時コピーの代わりに該当オブジェクトではなく null が渡されるからです。

したがって、Nullable<T> ではこの三つを区別する必要はありません。クラスによっては区別する必要がでてきますから、それはその時々の状況に合わせて考えてください。

Comments

[Takym]

ご回答ありがとうございます。
計測結果的に、効率については気にしなくても良いのですね。
状況に合わせて使い分ける事にします。

Answer 2

こんにちは。

equalityのオーバーロードが実装されていない型を相手にする場合はどちらの記述でも全く同じ結果になります。
オーバーロードされているものを比較する場合は、比較処理が走らないis nullの方が低コストです。といっても、比較が非常にヘビーな実装でもない限り誤差すら出ない程度だと思いますが。

問題はそこではなくて、「あなたがどちらの結果を求めているのか」だと思います。
equalityのオーバーロードによって実装されたオブジェクト特有の比較による結果を利用したいなら==を使う以外の選択肢は無いですし、単純にnullではないことを確認したいならis nullの方が確実な結果を得られます。

例えば使用中のサードパーティライブラリが突然equalityをオーバーロードして、比較の結果が変わることを是とするか非とするかで決めないと後々訳が分からなくなります。
保守性、速度等を評価基準にする場合では基本的に書き換える価値は全くないと考えます。

Comments

[Zuishin]

私の回答にあるように new Nullable<int>() is null は true になるので、これも確実とは言えないようです。このオブジェクトは HasValue プロパティを持ちますから null でないことは明らかです。

[Takym]

ご回答ありがとうございます。
> 問題はそこではなくて、「あなたがどちらの結果を求めているのか」だと思います。
この文章で納得しました。

[tamoto]

Zuishinさん>
確かにこれはそうですね。Nullableにおけるnullが「ゼロ値である」という意味と解釈して理解はできますけど、これはキモい……

[Zuishin]

これが null と判定されないと null 合体演算子が使えなくなりますから仕方ないことなのだとは思いますが、落とし穴になるかもしれませんね。

[tamoto]

Nullableが言語による特別サポートで`null`と`default`が全く同じものとして扱われている、ということをちゃんと理解していればそう難しくはないのですけど、どうみてもかなり罠です。。

[Takym]

`HasValue`が`false`の時のみに`null`と同等という事ですよね？
`HasValue`が`true`の時に値が`default`になった場合は`null`として扱われないですよね？

[Zuishin]

Nullable は値型にしか使えません。default(int) は 0 ですから、HasValue が true で値(Value)が default というのは 0 になります。

[tamoto]

えっと、Nullable<T>は構造体で、構造体のdefaultを生成するとバイト列が全部0のデータが手に入ります。全部0ということはHasValueも0(==false)で、これをnullを生成したものとして扱うのがNull許容です。

[Zuishin]

いやさすがに全バイト見てないと思いますよ。
Nullable<T> の T 型が大きなデータ型ということもありえますから。

[Takym]

Zuishinさん、tamotoさん、
ありがとうございます。

[tamoto]

あ、そうですね、nullとの比較ではHasValueしか見てないはずでした。

Answer 3

気になるなら、計測しなよ。
せいぜい、これからは気をつける、速度が絶対必要なら治すぐらいのことかと。

Answer 4

using System;
#nullable enable

var a1 = new A();
Console.WriteLine(a1 is null);
A? a2 = new A();
Console.WriteLine(a2 is null);
Console.WriteLine(a2 == null);
var b1 = new B();
Console.WriteLine(b1 is null);
Console.WriteLine(b1 == null);
B?  b2 = new B();
Console.WriteLine(b2 is null);
Console.WriteLine(b2 == null);
C? c = new C();
Console.WriteLine(c is null);
Console.WriteLine(c == null);

class A {
    public static bool operator ==(A a1,A a2) => false;
    public static bool operator !=(A a1,A a2) => false;
}
class B {
}
struct C{
}

みたいに書いたとき、

A a1 = new A();
Console.WriteLine((object)a1 == null);
A a2 = new A();
Console.WriteLine((object)a2 == null);
Console.WriteLine(a2 == null);
B b1 = new B();
Console.WriteLine(b1 == null);
Console.WriteLine(b1 == null);
B b2 = new B();
Console.WriteLine(b2 == null);
Console.WriteLine(b2 == null);
Nullable<C> c = default(C);
Console.WriteLine(!c.HasValue);
Console.WriteLine(!c.HasValue);

の様に解釈されている為、 比較対象のクラス・構造体がどういうものが意識したくないのであれば
is null を使った方がいいのではないでしょうか？

実際のソース