与java相比，为什么这个C ++代码执行速度如此之慢？
我最近用Java编写了一个计算密集型算法，然后将其翻译成C ++。 令我惊讶的是，C ++的执行速度要慢得多。 我现在已经编写了一个更短的Java测试程序和相应的C ++程序 – 见下文。 我的原始代码具有很多数组访问权限，测试代码也是如此。 C ++的执行时间要长5.5倍（请参阅每个程序末尾的注释）。
结论在下面的第 1 21条评论之后……
测试代码：
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g++ -o ...Java快5.5倍 -
g++ -O3 -o ...Java快2.9倍 -
g++ -fprofile-generate -march=native -O3 -o ...（运行，然后g++ -fprofile-use等）Java快1.07倍。
我原来的项目（比测试代码复杂得多）：
- Java快了1.8倍
- C ++快了1.9倍
- C ++快了2倍
Software environment: Ubuntu 16.04 (64 bit). Netbeans 8.2 / jdk 8u121 (java code executed inside netbeans) g++ (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.4) 5.4.0 20160609 Compilation: g++ -o cpp_test cpp_test.cpp
Java代码：
public class JavaTest { public static void main(String[] args) { final int ARRAY_LENGTH = 100; final int FINISH_TRIGGER = 100000000; int[] intArray = new int[ARRAY_LENGTH]; for (int i = 0; i = FINISH_TRIGGER) finished = true; else if (i <(ARRAY_LENGTH - 1)) i++; else i = 0; } System.out.println("Finish: " + loopCount + " loops; " + ((System.nanoTime() - startTime)/1e9) + " secs"); // 5 executions in range 5.98 - 6.17 secs (each 9999999801 loops) } }
C ++代码：
//cpp_test.cpp: #include #include int main() { const int ARRAY_LENGTH = 100; const int FINISH_TRIGGER = 100000000; int *intArray = new int[ARRAY_LENGTH]; for (int i = 0; i < ARRAY_LENGTH; i++) intArray[i] = 1; int i = 0; bool finished = false; long long loopCount = 0; std::cout <= FINISH_TRIGGER) finished = true; else if (i < (ARRAY_LENGTH - 1)) i++; else i = 0; } clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &ts); double elapsedTime = ((1000000000*ts.tv_sec) + ts.tv_nsec - startTime)/1e9; std::cout << "Finish: " << loopCount << " loops; "; std::cout << elapsedTime << " secs\n"; // 5 executions in range 33.07 - 33.45 secs (each 9999999801 loops) }
在使用分析信息时，我唯一能让C ++程序超越Java的时候。 这表明运行时信息中有一些东西（默认情况下是Java），可以更快地执行。
除了一个非平凡的if语句之外，你的程序中没有太多事情发生。 也就是说，如果不分析整个程序，很难预测哪个分支最有可能。 这让我相信这是一个分支错误预测问题。 现代CPU执行指令流水线操作 ，从而实现更高的CPU吞吐量。 但是，这需要预测下一个要执行的指令。 如果猜测错误，则必须清除指令管道，并加载正确的指令（这需要时间）。
在编译时，编译器没有足够的信息来预测哪个分支最有可能。 CPU也做了一些分支预测，但这通常是循环循环和ifs if（而不是其他）。
但是，Java具有能够在运行时和编译时使用信息的优点。 这允许Java将中间分支标识为最频繁出现的分支，因此为管道预测了此分支。
不管怎样，GCC和clang都无法展开这个循环，即使在-O3和-Os中也不会出现不变量，但Java确实如此。
Java的最终JITted汇编代码与此类似（实际上重复了两次 ）：
while (true) { loopCount++; if (++intArray[i++] >= FINISH_TRIGGER) break; loopCount++; if (++intArray[i++] >= FINISH_TRIGGER) break; loopCount++; if (++intArray[i++] >= FINISH_TRIGGER) break; loopCount++; if (++intArray[i++] >= FINISH_TRIGGER) { if (i >= ARRAY_LENGTH) i = 0; break; } if (i >= ARRAY_LENGTH) i = 0; }
通过这个循环，我得到了C ++和Java之间完全相同的时序（6.4s）。
为什么合法呢？ 因为ARRAY_LENGTH是100，这是4的倍数。所以i只能超过100并且每4次迭代重置为0。
这看起来像GCC和clang的改进机会; 它们无法展开迭代总数未知的循环，但即使强制展开，它们也无法识别仅适用于某些迭代的循环部分。
关于你在一个更复杂的代码（也就是现实生活）中的发现：Java的优化器对于小循环非常有用，已经考虑了很多，但Java在虚拟调用和GC上浪费了大量时间。
最后，它归结为在具体架构上运行的机器指令，无论谁想出最好的集合，都会获胜。 不要以为编译器会“做正确的事”，看看和生成的代码，配置文件，重复。
例如，如果你稍微重构一下你的循环：
while (!finished) { for (i=0; i= FINISH_TRIGGER) { finished=true; break; } } }
然后C ++将胜过Java（5.9s vs 6.4s）。 （ 修订后的C ++程序集 ）
如果你可以允许轻微的溢出（在达到退出条件后增加更多的intArray元素）：
while (!finished) { for (int i=0; i= FINISH_TRIGGER) { loopCount-=ARRAY_LENGTH-i-1; finished=true; break; } } }
现在clang能够对循环进行矢量化并达到3.5s的速度，而Java的4.8s （遗憾的是GCC仍无法对其进行矢量化）。