PowerShell Scripting Weblog

PowerShellでもStringBuilderを使おう

文字列を連結する際、+=演算子などを使うとループ回数によっては非常に時間がかかることがあります。これは+=演算子が実行されるたびに毎回string型の新しいインスタンスを生成しているからです。同じ文字列変数に対して+=演算子で文字列を追加していくループがある場合は、+=演算子の代わりにStringBuilderクラスを使うのが良いです。

たとえば、

$str=""
@("aaaa","bbbb","cccc","dddd")|
%{$str += $_}
$str

というようなコードと同様の結果を得るためには、

$sb=New-Object System.Text.StringBuilder
@("aaaa","bbbb","cccc","dddd")|
%{[void]$sb.Append($_)}
$sb.ToString()

のようにします。[void]にキャストしているのは、AppendメソッドがStringBuilderのインスタンスを返すため、それを表示させないようにするためです。結果はいずれも

aaaabbbbccccdddd

となり、文字列の連結が可能です。

このようにループ回数が少ない場合はそれほど所要時間に差はないのですが、数千の文字列を連結していく場合だと+=演算子を使うと非常に時間がかかります。どれくらい差が出るのか、スクリプトを書いて検証してみました。

function Measure-StringJoinCommand
{
    param([int]$itemCount)
    
    $randomStrs=@()
    @(1..$itemCount)|%{$randomStrs += Get-Random}
    $StringJoinTime=@()
    $StringBuilderTime=@()
    @(1..3)|
    %{
        $StringJoinTime +=
            (Measure-Command {
                $str=""
                $randomStrs|%{$str+=$_}
                $str
            }).Ticks
        $StringBuilderTime +=
            (Measure-Command {
                $sb=New-Object System.Text.StringBuilder
                $randomStrs|%{[void]$sb.Append($_)}
                $sb.ToString()
            }).Ticks
    }   
   
    $result=New-Object psobject
    $result|Add-Member -MemberType noteproperty -Name ElementCount -Value $itemCount
    $result|Add-Member -MemberType noteproperty -Name StringJoinTime -Value (($StringJoinTime|Measure-Object -Average).Average/10000)
    $result|Add-Member -MemberType noteproperty -Name StringBuilderTime -Value (($StringBuilderTime|Measure-Object -Average).Average/10000)
    $result|Add-Member -MemberType noteproperty -Name StringJoinTicksPerElement -Value (($StringJoinTime|Measure-Object -Average).Average/$itemCount)
    $result|Add-Member -MemberType noteproperty -Name StringBuilderTicksPerElement -Value (($StringBuilderTime|Measure-Object -Average).Average/$itemCount)
    $result 
}

@(100,300,500,800,1000,3000,5000,8000,10000,30000,50000,80000)|
    %{Measure-StringJoinCommand -itemCount $_}|
    Format-Table -Property `
        @{Label="Elements";Expression={$_.ElementCount.ToString("#,##0")};Width=8},
        @{Label="StringJoin(msec)";Expression={$_.StringJoinTime.ToString("#,##0")};Width=20},
        @{Label="StringBuilder(msec)";Expression={$_.StringBuilderTime.ToString("#,##0")};Width=20},
        @{Label="StringJoin(tick/element)";Expression={$_.StringJoinTicksPerElement.ToString("#,##0")};Width=30},
        @{Label="StringBuilder(tick/element)";Expression={$_.StringBuilderTicksPerElement.ToString("#,##0")};Width=30}

CPU=Intel(R) Core(TM)2 CPU 6600 @ 2.40GHz,memory=3GB,Windows 7 x86での実行結果は次の通り

Elements StringJoin(msec)     StringBuilder(msec)  StringJoin(tick/element)       StringBuilder(tick/element)   
-------- ----------------     -------------------  ------------------------       ---------------------------   
100      8                    6                    830                            646                           
300      22                   22                   719                            746                           
500      36                   34                   718                            689                           
800      60                   55                   755                            690                           
1,000    86                   72                   857                            721                           
3,000    264                  192                  880                            638                           
5,000    573                  334                  1,146                          667                           
8,000    1,534                522                  1,917                          653                           
10,000   2,562                731                  2,562                          731                           
30,000   23,386               2,204                7,795                          735                           
50,000   60,805               3,730                12,161                         746                           
80,000   184,407              6,541                23,051                         818   

この表は左から、連結する文字列要素数（ループ回数）、+=演算子を使った場合の所要時間(ミリ秒)、StringBuilderを使った場合の所要時間(ミリ秒)、+=演算子を使った場合の1要素あたりの所要時間(tick=100ナノ秒)、StringBuilderを使った場合の1要素あたりの所要時間(tick=100ナノ秒)、です。なお1要素当たりの平均文字数は9文字程度です。また、測定は3回おこない平均値を取っています。

この表によるとループ回数が5000回程度であれば所要時間にさほど差違は見られませんが、それ以降は急激に+=演算子の所要時間が増えることが分かります。また、+=演算子はループが5000回より増えるとループ回数が増えれば増えるほど1要素あたりにかかる時間も増えるのに対し、StringBuilderの場合はほぼ一定です。

というわけで1ループあたりに追加する文字数とループ回数が少ない場合は+=演算子でもそれほど問題にはなりませんが、そうでない場合はStringBuilderを使うのが良さそうです。これらの値が増加する可能性がある場合は、最初からStringBuilderを使っておけば、ある日突然処理がめちゃくちゃ重くなる、という事態も避けられるでしょう。PowerShellでStringBuilderを使っているサンプルがネットにはあまり見当たらなかったのですが、PowerShellでも積極的に使うと幸せになれると思います。

元記事：http://blogs.wankuma.com/mutaguchi/archive/2010/09/20/193089.aspx