c++ - D 与 C++ 性能差异的解释

Question

D 中的简单示例:

import std.stdio, std.conv, core.memory;

class Foo{
    int x;
    this(int _x){x=_x;}
}

void main(string args[]) {
    GC.disable();
    int n = to!int(args[1]);
    Foo[] m= new Foo[n];
    for(int i=0;i<n;i++){
    m[i] = new Foo(i);
    }
}

C++代码:

#include <cstdlib>
using namespace std;
class Foo{
public:
    int x;
    Foo(int _x);

};

Foo::Foo(int _x){
    x = _x;
}

int main(int argc, char** argv) {
    int n = atoi(argv[1]);
    Foo** gx = new Foo*[n];
    for(int i=0;i<n;i++){
        gx[i] = new Foo(i);
    }
    return 0;
}

没有任何编译标志。

编译运行:

>dmd td.d
>time ./td 10000000
>real   0m2.544s

C++ (gcc) 中的模拟示例，运行:

>time ./tc 10000000
>real   0m0.523s

为什么？如此简单的示例，却有如此大的差异:2.54 秒和 0.52 秒。

Answer 1

您主要测量三个差异:

1. gcc和dmd生成代码的区别
2. D 使用 GC 进行分配所花费的额外时间。
3. D 分配类(class)所花费的额外时间。

现在，您可能认为第 2 点是无效的，因为您使用了 GC.disable();，但这只会让 GC 不会像往常一样进行收集。它不会使 GC 完全消失并自动将所有内存分配重定向到 C 的 malloc。它仍然必须做它通常做的大部分事情，以确保 GC 知道分配的内存，而所有这一切都需要时间。通常，这是程序执行中相对微不足道的部分(甚至忽略 GC 带来的好处)。但是，您的基准测试使它成为整个程序的一部分，从而夸大了这种影响。

因此，我建议您考虑对您的方法进行两处更改:

1. 要么切换到使用 gdc 与 gcc 进行比较，要么切换到 dmc 以与 dmd 进行比较
2. 使程序更加等效。要么让 D 和 C++ 在堆上分配结构，要么至少让 D 在不触及 GC 的情况下进行分配。如果您正在优化程序以获得最大速度，那么无论使用何种语言，您都将使用结构和 C 的 malloc。

我什至建议第三个改变:既然你对最大性能感兴趣，你应该尝试完全想出一个更好的程序。为什么不切换到结构并让它们在内存中连续定位？这将使分配(本质上是整个程序)尽可能快。

在我的机器上使用 dmd 和 dmc 运行上述代码会导致以下时间:

• DMC 8.42n(无标志):~880ms
• DMD 2.062(无标志):~1300ms

修改代码如下:

C++代码:

#include <cstdlib>
struct Foo {
    int x;
};

int main(int argc, char** argv) {
    int n = atoi(argv[1]);
    Foo* gx = (Foo*) malloc(n * sizeof(Foo));
    for(int i = 0; i < n; i++) {
        gx[i].x = i;
    }
    free(gx);
    return 0;
}

D代码:

import std.conv;
struct Foo{
    int x;
}

void main(string args[]) {
    int n = to!int(args[1]);
    Foo[] m = new Foo[](n);
    foreach(i, ref e; m) {
        e.x = i;
    }
}

在以下时间使用我的代码并使用 DMD 和 DMC 结果:

• DMC 8.42n(无标志):~95ms +- 20ms
• DMD 2.062(无标志):~95ms +- 20ms

本质上是相同的(我必须开始使用一些统计数据来让您更好地了解哪个真正更快，但在这种规模下，它是无关紧要的)。请注意，使用此方法比单纯的方法快得多，并且 D 同样能够使用此策略。在这种情况下，运行时差异可以忽略不计，但我们保留了使用 GC 的好处，并且在编写 D 代码时可能出错的事情肯定少得多(注意你的程序如何未能 delete 它的所有分配？)。

此外，如果您绝对愿意，D 允许您通过 import std.c.stdlib; 使用 C 的标准库，这将允许您真正绕过 GC，并通过使用 C 的 malloc 实现最大性能, 如有必要。在这种情况下，这是没有必要的，所以我宁愿选择更安全、更易读的代码。