c - 为什么 Golang 比 ANSI C 快，我该如何优化我的解决方案？

Question

我编写了基准测试来检查 Golang 和 ANSI C 分别处理 if 语句的速度。我试图保持相同的架构整体解决方案。

ANSI C 中的解决方案如下；

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>

void bench(void (*f)(int));
void if_func_1(int i);
void if_func_2(int i);
void if_func_3(int i);

int main() {
        bench(&if_func_1);
        bench(&if_func_2);
        bench(&if_func_3);

        return 0;
}

void bench(void (*f)(int)) {
        int i;
        struct timespec start, end;
        float delta_us;

        clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC_RAW, &start);

        for (i = 2147483647; -2147483648 != i; i--) {
            (*f)(i);
        }

        clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC_RAW, &end);
        delta_us = (end.tv_sec - start.tv_sec) * 1000000 + (end.tv_nsec - start.tv_nsec) * 0.001;
        printf("%.3fms\n", delta_us * 0.001);
}

void if_func_1(int i) {
    if (0 == i) {
        return;
    }

    if (1 == i) {
        return;
    }

    if (2 == i) {
        return;
    }

    if (3 == i) {
        return;
    }

    return;
}

void if_func_2(int i) {
    if (0 == i) {
        return;
    } else if (1 == i) {
        return;
    } else if (2 == i) {
        return;
    } else if (3 == i) {
        return;
    }

    return;
}

void if_func_3(int i) {
    if (0 == i || 1 == i || 2 == i || 3 == i) {
        return;
    }

    return;
}

结果如下:

~ time ./app.bin
20875.278ms
28766.584ms
16371.974ms
./app.bin  65.59s user 0.09s system 99% cpu 1:06.02 total

如我所料，if_func_3 是最快的，因为它实现了不同的逻辑。

在 Golang 中，我的解决方案如下:

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    bench(if_func_1)
    bench(if_func_2)
    bench(if_func_3)
}

func bench(f func(int)) {
    var i int = 0

    start := time.Now();
    for i = 2147483647; -2147483648 != i; i-- {
        f(i)
    }

    elapsed := time.Since(start)
    fmt.Println(elapsed)

}

func if_func_1(i int) {
    if 0 == i {
        return
    }

    if 1 == i {
        return
    }

    if 2 == i {
        return
    }

    if 3 == i {
        return
    }

    return
}

func if_func_2(i int) {
    if 0 == i {
        return
    } else if 1 == i {
        return
    } else if 2 == i {
        return
    } else if 3 == i {
        return
    }

    return
}

func if_func_3(i int) {
    if 0 == i || 1 == i || 2 == i || 3 == i {
        return
    }

    return
}

我可以在这里使用指针，因为它们在 Golang 中不存在。

结果非常困惑。

~> time go run app.go
11.595459054s
13.062146816s
14.504122183s
go run app.go  39.33s user 0.34s system 92% cpu 42.746 total

是什么导致了这两种解决方案的差异？如何优化 ANSI C 解决方案以获得更好的性能？

环境规范

System MacOS

gcc version 10.0.0

go version 1.10.3

使用 -ansi --pedantic -Wall 标记编译。

总结

在添加 -O 并更改琐碎的 return 以打印一些文本之后。总执行时间已更改。

对于 ANSI C

From: System 99% cpu 1:06.02 total 
To: System 99% cpu 8.552 total

对于 Golang

From: system 98% cpu 43.634 total 
To: system 92% cpu 42.746 total

Answer 1

您所有测试的函数都等同于 void no_op(int) {}。大的时间差异是可能的，因为您在没有优化的情况下进行编译，这使您的基准测试结果充其量是可疑的。

正确的基准测试需要打开优化(即 GCC 和 Clang 的 -O 或更高版本)，并注意相关部分没有被优化掉。这看起来是一个简单的问题，但在实践中往往出奇地困难。我建议使用基准库 such as google benchmark使问题更易于管理。

我看到您使用编译器版本和设置更新了您的问题，这是一件好事。与性能相关的问题往往有某种程度上或高度依赖于实现的答案，因此此类问题中应始终包含此信息(就此而言，它对任何涉及测试程序的问题都无害)。您还应该添加您正在使用的 Golang 的版本和开关。