c/perl/python 中简单程序之间的执行时间过长的原因是什么？

Question

我用 C、Perl 和 Python 编写了一个简单的程序，它递增一个变量，直到它达到 10 亿。我没想到不同语言之间会有太大差异，但看到巨大差异感到非常惊讶。这些程序简单地数到 10 亿：

在 c:

int main() {
  int c = 0;

  while (c < 1000000000) {
    c++;
  }
}

在 Perl 中：

#! /usr/bin/env perl

use strict;
use warnings;

my $x = 0;

while ($x < 1000000000) {
  $x++;
}

在 Python 中：

#!/usr/bin/env python

i = 0
while i < 1000000000:
  i += 1

使用 zsh/bash 时间函数的运行时间是：

对于 c: 1.78s 用户 0.01s 系统 98% cpu 1.813 总计

对于 perl：29.86s 用户 0.13s 系统 99% cpu 30.205 总计

对于 Python：71.96s 用户 0.32s 系统 98% cpu 1:13.16 总计

我很难相信 c 比 perl 快 15 倍，比 Python 快约 35 倍。对于这样一个简单的程序来说，这似乎很疯狂？为什么差别这么大？

Answer 1

由于 perl 变量是无类型的（并且实际上可以在执行过程中改变它们的有效类型），对它们的每个操作（例如 < 和 ++）都必须检查：这是一个绑定变量吗？这是一个重载的值吗？这是一个整数吗？或浮标；或一个字符串：如果是这样，它是否具有有效的数字解释；还是未定义？等等。对于像 < 这样的二进制操作，该逻辑适用于两个 args，并且 args 的类型可以不同。所以 perl 必须处理添加到浮点数等的整数。

此外，perl 不限制算术运算的结果为 int。相反，它动态更新变量的类型，例如从有符号整数到无符号整数到双精度，以最好地保留结果的值和准确性。

这意味着 perl 必须做大量的工作，例如一个简单的加法：与 C 相比，编译器知道两个 args 都是有符号整数，并且不关心结果是否溢出；并且可以将加法映射到单个 CPU 加法指令