C和C++奇怪的性能差异

Question

在您阅读我的帖子之前,请考虑到我是C和C++的新手.我主要是托管代码开发人员.

我有两段相同的代码(或者至少我相信).一个用C语言,一个用C++语言.代码基本上检查数字是否为素数,如果是,则将其存储在容器中.

C++

Main.cpp的

#include <iostream>
#include <vector>
#include <time.h>

static bool isPrime(const int& number) {

    if((number & 1) == 0) {
        if(number == 2)
            return true;
        else
            return false;
    }

    for(int i = 3; (i * i) <= number; i++) {

        if((number % i) == 0)
            return false;
    }

    return number != 1;
}

int main(int argc, const char * argv[]) {

    std::vector<int> vector;
    clock_t start = clock();
    for(int i = 0; i < 30000000; i++) {

        if(isPrime(i))
            vector.push_back(i);
    }
    clock_t end = clock();
    clock_t seconds = (end - start) / CLOCKS_PER_SEC;
    std::cout << "done after " << seconds << " seconds " << std::endl;

    return 0;
}

C

Vector.c

#include <stdlib.h>


typedef struct vector_class {
    void(*push_back)(struct vector_class *vector_instance, const int *data);
    int *data;
    int length;
    int capacity;
} vector;

static void push_back(vector *vector_instance, const int *data) {

    if(vector_instance->length >= vector_instance->capacity) {

        vector_instance->capacity *= 2;
        vector_instance->data = (int*) realloc(vector_instance->data, sizeof(int) * vector_instance->capacity);
    }
    vector_instance->data[vector_instance->length] = *data;
    vector_instance->length++;
}

static void vector_constructor(vector *vector_instance) {

    vector_instance->push_back = &push_back;
    vector_instance->length = 0;
    vector_instance->capacity = 2;
    vector_instance->data = (int*)malloc(sizeof(*vector_instance->data) * vector_instance->capacity);

}

static void vector_destructor(vector *vector_instance) {

    free(vector_instance->data);
    vector_instance->length = 0;
    vector_instance->capacity = 0;
    vector_instance->data = NULL;
}

MAIN.C

#include <stdio.h>
#include "vector.c"
#include <time.h>

static int isPrime (const int *number) {

    if((*number & 1) == 0) {
        if(*number == 2)
            return 1;
        else
            return 0;
    }

    for(int i = 3; (i * i) <= *number; i += 2) {

        if((*number % i) == 0)
            return 0;
    }

    return *number != 1;
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    vector v;
    vector_constructor(&v);
    clock_t start = clock();
    for(int i = 0; i <= 30000000; i++) {

        if(isPrime(&i))
            v.push_back(&v, &i);
    }
    clock_t end = clock();
    clock_t seconds = (end - start) / CLOCKS_PER_SEC;
    printf("%lu seconds \n", seconds);

    for(int i = 0; i < v.length; i++) {

        //printf("%d \n", v.data[i]);
    }
    vector_destructor(&v);
    return 0;
}

我使用内置的Clang编译器在我的OS X Mavericks上编译这两个程序.

C++

g++ -O3 -std=c++11 Main.cpp

C

gcc -O3 -std=c99 Main.c

两者都编译无故障,并且它们也无故障运行.然而..

我得到不同的时间结果.

C在12秒后结束

C++在26秒后完成

谁能指出我做错了什么？谢谢!

Answer 1

你的节目略有不同isPrime.在您的C++程序中:

for(int i = 3; (i * i) <= number; i++) {

在你的C程序中:

for(int i = 3; (i * i) <= *number; i += 2) {

因此,您的C++程序计算余数大约是C程序的两倍,这可能解释了您的性能差异.

除此之外,我建议你不要通过int引用或指针传递,除非你有充分的理由.希望编译器足够聪明,可以弄清楚你不需要并优化它,但谁知道呢？

此外,您希望尽可能避免通过函数指针调用函数,就像在C程序中一样.它们通常会损害编译器内联优化函数的能力.这可能是这样的情况,编译器足够聪明,无论如何都可以内联调用,但是谁又知道呢？

最后,如果计算所有小于N的质数实际上就是你所追求的并且这不是一个用来衡量C与C++的玩具的玩具,那么请看看Eratosthenes的Sieve或者Sundaram的Sieve.或者,您可以将已知素数的向量传递到isPrime并仅检查已知的素数而不是所有奇数.