为什么 C# 运行速度比 C++ 快？答案

【问题标题】：Why is C# running faster than C++?为什么 C# 运行速度比 C++ 快？
【发布时间】：2015-10-27 15:31:53
【问题描述】：

我不是在开玩笑。我有一个 C# 应用程序和一个 C++ 应用程序。他们用完全相同的代码量做完全相同的事情......

...而且 C# 的运行速度更快，不仅更快，而且快了 10 倍。

这让我觉得很奇怪，因为首先，我在调试器中运行 C# 应用程序，这应该会降低 C# 的速度。然后，由于 C# 是字节码，使用 .NET 编译成具有大量额外功能的 MSIL，开销巨大，这应该会减慢它的速度。而 C++ 只是纯机器代码。

这是 C# 代码：

static void main()
{
    ulong i = 0;
    while (i < 100000000000)
    {
        Console.WriteLine(i);
        i++;
    }
}

虽然这是 C++ 代码

int main()
{
    usigned long i = 0;
    while (i < 100000000000)
    {
        cout << i << endl;
        i++;
    }
    return 0;
}

他们只是在数数并显示一个数字。 C++ 的速度为 1000，而 C# 的速度为 7000。（快 7 倍）

我什至尝试编译它们，并在没有调试器的情况下使用命令提示符运行它们：cplusplus.exe && csharp.exe

是的，我知道这个问题可能是“离题”：P 或者可能是“不清楚所要求的内容”。：/ 但是，请有人向我解释一下。

如果这很重要，我正在使用这个 CPU：Intel i7 2.5 Ghz。

编辑：我做了 cout 的想法，加上 std::ios_base::sync_with_stdio(false); 想法，没有任何运气或结果变化。

编辑 2：我尝试了 C 的 printf()，它的速度要快得多。比 C# 快 3 倍。

人们告诉我 IO 流很慢，所以我在没有写入控制台的情况下尝试了它们，C++ 仍然比 C# 快得多。

总之，Writeline() 比 cout 快得多，而 printf() 比两者都快得多。所以写到控制台是唯一减慢它的东西。

TLDR：printf() 获胜，控制台写入会减慢速度。

【问题讨论】：

您的程序受 I/O 限制，因此您实际上是在比较两个运行时的 I/O 堆栈，而不是语言。
另外，您是否在发布模式下编译了您的 C++？ iostreams 有大量的间接性，随着优化的开启，这些间接性会大大减少。
您如何对它们进行基准测试？我相信 C# 的 WriteLine 不会在每一行之后刷新如果从控制台重定向，而在 C++ 中 endl 明确地请求刷新，不管......
大声笑，这不是“应用程序”，它只是一些 API 上的小客户端，看起来它做同样的事情，但很大程度上取决于内部配置标志。完全相同的问题已经在这里发布了。
抱歉，我混淆了一个与 Python 相关的问题。但老实说，足够相似，足以建立大脑连接。 stackoverflow.com/questions/9371238/…

标签： c# c++ performance

【解决方案1】：

您的代码效率低下，因为：

默认情况下，C++ 流对象与 C 的 stdio 同步，这使其速度变慢。
您正在使用endl，这进一步使其变慢。

解决这两个问题，您就拥有了以下代码：

int main()
{
    std::ios_base::sync_with_stdio(false);

    usigned long i = 0;
    while (i < 100000000000)
    {
        cout << i << '\n'; //use \n, not endl
        i++;
    }
    return 0;
}

将此编译为（无论您使用何种编译器都必须使用优化标志）：

$ g++ main.cpp -O3 -o run.test
$ time ./run.test

有关sync_with_stdio(false) 和endl 的解释，请在此处阅读我的答案：

Python faster than C++? How does this happen?

希望对您有所帮助。

【讨论】：

根据我的经验，sync_with_stdio 是一个红鲱鱼。无论您使用什么标志，I/O 流性能本质上都很糟糕。
@t.c.这就像一个放大器上的 11。
当您退后一步时，现在在我看来，可能 OP 实际上是在尝试测量程序的 i++ 部分，但没有意识到输出所产生的开销是瓶颈？这将我带到下一个问题，删除输出将使优化器完全摆脱循环。即使在最后打印它，编译器也可以直接准备结果。这就是为什么我在上面说“这不是一个应用程序”。
I/O 流本身就很慢，毫无疑问，但sync_with_stdio 进一步使其变慢。请尝试一下。

【解决方案2】：

我认为您在评估时不够谨慎。我用 C++ 重新创建了你的测试，证明速度大大加快，详情如下：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace CSScratch
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ulong i = 0;
            while (i < 1000000)
            {
                Console.WriteLine(i);
                i++;
            }
        }
    }
}

我在 VS2013 Release 模式下将上述内容构建到 CSScratch.exe，然后我对它进行计时（在 cygwin bash 下）并重定向输出，因此不计算文件系统写入时间。结果相当一致，五次运行中最快的是：

time ./CSScratch.exe > NUL

real    0m17.175s
user    0m0.031s
sys     0m0.124s

C++ 等价物：

#include <iostream>

int main()
{
    std::ios_base::sync_with_stdio(false);


    unsigned long i = 0;
    while (i < 1000000)
    {
        std::cout << i << '\n';
        i++;
    }
}

同样用VS2013编译：

cl /EHsc /O2 output.cc
time ./output > NUL

五次运行中最慢的：

real    0m1.116s
user    0m0.000s
sys     0m0.109s

这仍然比最快的 C# 运行速度（1.116 秒）更快（17.175 秒）。

两个版本的一些时间都花在了加载/动态链接、初始化等方面。我将 C++ 版本修改为 循环 10 倍以上，但它仍然只是耗时 9.327 秒 - 大约是 C# 完成十分之一工作负载所需时间的一半。

（您可以通过设置更大的输出缓冲区来进一步调整 C++ 版本，但通常不需要）。

【讨论】：

【解决方案3】：

Tony D 对 cmets 中的缓冲提出了一个很好的观点。
将此添加到您的 C# 代码中并再次计时：

static void main()
{
    ulong i = 0;
    while (i < 100000000000)
    {
        Console.WriteLine(i);
        Console.Out.Flush();
        i++;
    }
}

【讨论】：

【解决方案4】：

如果你替换

cout << i << endl;

与

printf("%d\n", i);

结果将接近 .net WriteLine。

一般来说，您使用 C++ 或 C 编写的事实并不自动意味着您的代码会更快。快速代码不仅是语言语法。它还需要一些底层知识，如硬件和操作系统内部。

我的意思是正确使用 C++ 会产生更好的结果，至少在不平凡的任务上是这样。

【讨论】：