为什么我的 Java 程序比我的 C++ 程序运行得更快，两者都做同样的事情

Question

我用 C++ 和 Java 编写了一个程序来打印“Hello World”100,000 次，但我注意到与 Java 代码相比，C++ 代码花费的时间太长；Java代码平均需要6秒左右，C++代码平均需要18秒左右，都是从命令行运行；有人可以解释一下原因吗，谢谢。

对于Java和C++，程序的名称分别是first.java和first.cpp，我使用 java first.java：和 first.exe; 都来自命令行

g++ --version g++（Rev6，由 MSYS2 项目构建）11.2.0

java --版本 java 13.0.2, 2020-01-14

Java代码

class first {
    public static void main(String... args) {
        long start = System.currentTimeMillis();

        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            System.out.println("Hello World");
        }

        long end = System.currentTimeMillis();

        long dur = end - start;
        System.out.println(dur / 1000);
    }

}

C++代码

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>

using namespace std;

int main()
{
    auto start = std::chrono::system_clock::now();
    for (int i = 0; i < 100000; i++)
    {
        cout << "Hello World" << endl;
    }
    auto end = std::chrono::system_clock::now();

    std::chrono::duration<double> elapsed_seconds = end - start;
    cout << elapsed_seconds.count() << endl;
}

Answer 1

C++ 和 Java 代码之间存在一些相关差异：

1. 默认情况下，C++ IO 流将其状态与底层 C 流同步。这需要时间。为了避免这种情况（只有当您知道您的代码不混合 C 和 C++ IO 操作时才可以这样做！），请将以下内容添加到代码的开头main：

   std::ios_base::sync_with_stdio(false);
   

2. cout << endl;等价于cout << "\n" << flush;（反过来，等价于cout << "\n"; cout.flush();）。flush您的 Java 代码中不存在该调用。您可以将其添加到 Java 代码中，或者更好的是，将其从 C++ 代码中删除：您几乎永远不需要使用endl/ flush。相反，只需使用

   cout << "Hello World\n";
   

   正如 Peter 在评论中指出的那样，大多数系统无论如何都会在换行符上刷新标准输出流（至少在连接到终端时），因此人们可能认为这不会产生影响。然而，它确实会产生（实质性的！）差异，例如将输出通过管道传输到文件时。

3. 您的 Java 基准测试代码会截断秒的小数部分。要显示这些秒数（相关，因为代码在 <1 秒内运行！），请将相关行更改为

   System.out.println(dur / 1000.0);
   

4. 确保在启用优化的情况下编译您的 C++ 代码；对于 GCC/clang/ICC，您可以通过传递-O2. MSVC 有一个类似的标志/O2（有更高的优化级别，但它们有特定的问题；-O2几乎是人们使用的默认设置）。

5. 相反，每次调用它时java first.java都会首先编译代码。为了使比较公平，请务必提前运行，然后通过.javac first.javajava first

进行这些更改会导致我的系统上的 C++ 代码取代 Java 代码。当循环大小从 100,000 增加到 1,000,000 时，这一点最为明显：C++ 代码现在以毫秒为单位运行，而 Java 代码需要几秒钟（确保将输出通过管道传输到文件！否则您将纯粹测量延迟/渲染）终端的速度，而不是代码的性能）。