基准 C++与 Java，不切实际的结果

Question

我做了一个简单的测试，我知道 C++ 更快，但我的测试结果不切实际。

C++ 代码是：

#include <stdio.h>
#include <windows.h>

unsigned long long s(unsigned long long n)
{
    unsigned long long s = 0;

    for (unsigned long long i = 0; i < n; i++)
        s += i;

    return s;
}

int main()
{
    LARGE_INTEGER freq, start, end;
    QueryPerformanceFrequency(&freq);
    QueryPerformanceCounter(&start);

    printf("%llu\n", s(1000000000));

    QueryPerformanceCounter(&end);
    double d = (double) (end.QuadPart - start.QuadPart) / freq.QuadPart * 1000.0;

    printf("Delta: %f\n", d);

    return 0;
}

Java 代码是：

public class JavaApplication5 {

    public static long s(long n) {
        long s = 0;

        for (long i = 0; i < n; i++) {
            s += i;
        }

        return s;
    }

    public static void main(String[] args) {

        long start = System.nanoTime();

        System.out.println(s(1000000000));

        long end = System.nanoTime();

        System.out.println((end - start)/1000000);
    }
}

^{C++ 编译器：gcc 4.4.0 和 Java：jdk 1.6.0}

Java：2795 毫秒

C++：0.013517 毫秒

它说 C++ 比 Java 快 206777 倍！决不！我的测试出了什么问题？

Answer 1

显示您使用的编译器选项。而您的真实代码（#include 不是您的真实代码）。

您的 C++ 编译器比 Java 编译器聪明得多（平均而言，在您的情况下确实如此，但并非每个 C++ 编译器都比每个 Java 编译器更聪明），并且它预先计算了结果。您唯一需要计时的是 printf 调用。

在大多数使用 Java 的任务中，它的性能与 C++ 差不多。

VM 语言（Java、C#）具有与 JIT 编译相关的额外成本，但也受益于更高效的内存分配和跨共享库的内联。 C++ 访问操作系统系统调用的速度要快得多。除此之外，C++ 内存布局可以针对缓存行为进行仔细调整；在托管语言中您无法获得这种级别的控制。

这些因素中哪一个影响更大完全取决于应用程序。任何笼统地声明“C++ 总体上比 Java 更快”或“Java 总体上比 C++ 更快”的人都是白痴。平均数并不重要。您的应用程序的性能很重要。

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这是我的证明，gcc 正在预先计算答案。

在此代码上：

#include <stdio.h>
#include <windows.h>

unsigned long long s(unsigned long long n)
{
    unsigned long long s = 0;

    for (unsigned long long i = 0; i < n; i++)
        s += i;

    return s;
}

int main( int argc, char** argv )
{
    LARGE_INTEGER freq, start, end;
    QueryPerformanceFrequency(&freq);
    QueryPerformanceCounter(&start);

    printf("%llu\n", s(1000000000));

    QueryPerformanceCounter(&end);
    double d = (double) (end.QuadPart - start.QuadPart) / freq.QuadPart * 1000.0;

    printf("Delta: %f\n", d);

    QueryPerformanceCounter(&start);

    printf("%llu\n", s(atol(argv[1])));

    QueryPerformanceCounter(&end);
    d = (double) (end.QuadPart - start.QuadPart) / freq.QuadPart * 1000.0;

    printf("Delta: %f\n", d);
    return 0;
}

使用 gcc-4.3.4，使用命令行 ./g++-4 -omasoud-gcc.exe -O3 masoud.cpp：

bash-3.2# ./masoud-gcc 1000000000
499999999500000000
Delta: 0.845755
499999999500000000
Delta: 1114.105866

相比之下，MSVC++ 16.00.40219.01 for x64 ( 2010 SP1)，命令行 cl /Ox masoud.cpp：

> masoud 1000000000
499999999500000000
Delta: 229.684364
499999999500000000
Delta: 354.275606

VC++ 不会预先计算答案，但 64 位代码的循环执行速度确实快了三倍多。这是Java应该接近的速度。

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更有趣的事实：gcc 预先计算答案的速度比它生成的代码计算速度更快。 gcc 的编译时间：

real    0m0.886s
user    0m0.248s
sys     0m0.185s

Answer 2

我猜 gcc 将您的 s 方法编译为：

unsigned long long s(unsigned long long n)
{    
    return n*(n+1)/2;
}

...而 java JIT 没有。

我不是专家，但 gcc 优化过程可能包含比 JIT 在合理时间内可以完成的更多的传递。这也是为什么 gcc 编译可能需要很长时间，而 java 程序会立即启动（尽管 JIT 必须在程序运行之前编译、链接和优化所有内容）。

java 编译器 (javac) 执行的优化非常少，例如常量折叠，但仅此而已。每个主要的优化（内联等）都是由 JIT 完成的，所以如果它不想让用户在启动之前等待太久，就必须抓紧时间。另一方面，由于 gcc 静态编译和优化所有内容，因此需要的时间就可以。

编辑：

知道优化是否存在差异应该很简单：使用 s(1000) 运行两个程序，然后使用 s(100000000000000) 运行。如果我是真的，c++ 程序可能需要完全相同的时间来完成这两个调用，而 java 程序在第二种情况下需要更长的时间才能完成。

Answer 3

首先，您可能不希望相应的打印功能成为基准测试的一部分，除非您真的关心它们的速度。

关于 Java 或 C++ 哪个更快，没有直接的答案……这取决于情况。当编译器可以进行一些 C++ 无法实现的优化时，Java 会更快。因此，这取决于您具体在做什么以及编译器选项是什么。