Python的运行速度明显快于C ++？这里似乎有些问题

Question

在将其转换为C ++之前，我一直在使用Python进行一些快速原型制作，发现在某些情况下，Python代码的运行速度明显快于C ++代码！

考虑一下用Python和C ++编写的简单循环：

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蟒蛇：

import numpy as np
import datetime

N = 16777216
f_s = 8000.0
t_s = 1/f_s

y = np.empty(N)

start = datetime.datetime.now()

for n in range(0,N):
    y[n] = np.sin(2*np.pi*1000*n*t_s) + 0.5*np.sin(2*np.pi*2000*n*t_s + 3*np.pi/4)

stop = datetime.datetime.now()
duration = stop - start

print("duration ", duration.microseconds, " microseconds")

输出：

持续时间842000微秒

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C ++：

#include <chrono>
#include <cmath>
#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    int N = 16777216;
    int f_s = 8000;
    double t_s = 1.0 / f_s;

    std::vector<double> x(N);

    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    for (int n = 0; n < N; ++n)
    {
            x[n] = std::sin(2 * M_PI * 1000 * n * t_s) + 0.5 * std::sin(2 * M_PI * 2000 * n * t_s + 3 * M_PI / 4);
    }

    auto stop = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(stop - start);

    std::cout << "duration " << duration.count() << " microseconds." << std::endl;
}

输出：

持续时间1993000微秒。

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Python代码似乎确实要花费大量的启动时间，而C ++代码会立即运行。（也许Python解释器在启动时需要花费很长时间进行一些优化？）但是尽管如此，但一旦Python代码运行，循环本身在Python中的运行速度就会大大提高。

这让我大吃一惊，但我似乎无法弄清楚Python如何如此快地运行此循环。我什至尝试在不同的优化级别上编译C ++代码，以查看编译器是否以某种方式在优化方面做得不好。上面的C ++示例经过编译，g++ -O3以改善优化效果。当没有切入时，我什至尝试g++ -Ofast将运行时间提高到1205000微秒，但仍然比Python循环慢得多！

我已经尝试了Googling，但找不到任何真正的解释……这怎么可能发生？如何从C ++循环中获得更好的性能？我希望我可以和Python循环一样快，甚至更快。

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我在跑步 Python 3.7.2

C ++的例子是使用编译g++.exe (MinGW.org GCC-6.3.0-1) 6.3.0与-O3编译器开关，以提高优化。

我还尝试在Linux环境中编译C ++代码，g++ (GCC) 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-36)结果相似。

Answer 1

您使用的microseconds组件不timedelta正确。它仅为您提供时间测量的亚秒级部分，而不是总经过的微秒级。此代码突出了您的错误

from datetime import datetime, timedelta

start = datetime(2019, 1, 1, 12, 0, 0, 0 )
end   = datetime(2019, 1, 1, 12, 0, 1, microsecond=500000 )
diff = end - start

print('Total duration=',diff)
print('Total seconds=', diff.total_seconds())
print('microseconds=', diff.microseconds)

from datetime import datetime, timedelta

start = datetime(2019, 1, 1, 12, 0, 0, 0 )
end   = datetime(2019, 1, 1, 12, 0, 1, microsecond=500000 )
diff = end - start

print('Total duration=',diff)
print('Total seconds=', diff.total_seconds())
print('microseconds=', diff.microseconds)

使用total_seconds1e6并乘以1e6，或者只是更改测试以在几秒钟内报告结果。

注意 C ++应该很容易赢得胜利。循环具有在编译时已知的固定数量的迭代，并且所有计算都不相互依赖。一个好的优化C ++编译器应该对循环进行分块或部分展开，并使用SSE指令并行执行少量计算。