为什么将 std::endl 与 ostringstream 一起使用会影响输出速度？答案

【问题标题】：Why does using std::endl with ostringstream affect output speed?为什么将 std::endl 与 ostringstream 一起使用会影响输出速度？
【发布时间】：2012-10-01 14:29:39
【问题描述】：

我正在计时将文本打印到标准输出的各种方式之间的差异。我正在使用\n 和std::endl 测试cout、printf 和ostringstream。我希望std::endl 与cout 有所不同（确实如此），但我没想到它会降低ostringstream 的输出速度。我认为使用std::endl 只会将\n 写入流，它仍然只会被刷新一次。这里发生了什么？这是我所有的代码：

// cout.cpp
#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
  for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
    cout << "Hello World!\n";
  }
  return 0;
}

// printf.cpp
#include <stdio.h>

int main() {
  for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
    printf("Hello World!\n");
  }
  return 0;
}

// stream.cpp
#include <iostream>
#include <sstream>

using namespace std;

int main () {
  ostringstream ss;
  for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
    ss << "stream" << endl;
  }
  cout << ss.str();
}

// streamn.cpp
#include <iostream>
#include <sstream>

using namespace std;

int main () {
  ostringstream ss;
  for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
    ss << "stream\n";
  }
  cout << ss.str();
}

这是我的 Makefile

SHELL:=/bin/bash

all: cout.cpp printf.cpp
    g++ cout.cpp -o cout.out
    g++ printf.cpp -o printf.out
    g++ stream.cpp -o stream.out
    g++ streamn.cpp -o streamn.out
time:
    time ./cout.out > output.txt
    time ./printf.out > output.txt
    time ./stream.out > output.txt
    time ./streamn.out > output.txt

这是我运行 make 后跟 make time 时得到的结果

time ./cout.out > output.txt

real    0m1.771s
user    0m0.616s
sys 0m0.148s
time ./printf.out > output.txt

real    0m2.411s
user    0m0.392s
sys 0m0.172s
time ./stream.out > output.txt

real    0m2.048s
user    0m0.632s
sys 0m0.220s
time ./streamn.out > output.txt

real    0m1.742s
user    0m0.404s
sys 0m0.200s

这些结果是一致的。

【问题讨论】：

这可能会回答你的问题：stackoverflow.com/questions/213907/c-stdendl-vs-n 简而言之：是的，std::endl 刷新输出
我不知道我是否读错了这个问题，但我认为他在问为什么刷新字符串流会有性能问题。刷新字符串流有哪些额外的工作不能只留给.str() 的调用？对于cout，渲染到终端需要时间，刷新字符串流是否有任何可见的副作用？
@stefan 我实际上已经阅读了这个问题，但部分我想知道刷新字符串流意味着什么。我认为它基本上什么都不做，但显然我错了。
@stefan 我用 O3 优化过，每种方法的相对效率是一样的。
@bames53 好问题。 g++ (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) 4.6.3

标签： c++ performance flush stringstream ostream

【解决方案1】：

std::endl 触发流的刷新，这大大减慢了打印速度。见http://en.cppreference.com/w/cpp/io/manip/endl

通常建议不要使用std::endl，除非你真的想要刷新流。如果这对您真的很重要，取决于您的用例。

关于为什么flush 甚至对ostringstream（不应该发生刷新）也会产生性能影响：似乎至少需要一个实现来构造哨兵对象。那些需要检查ostream 的good 和tie。对pubsync 的调用应该能够被优化掉。这是基于我对 libcpp 和 libstdc++ 的阅读。

阅读更多内容后，有趣的问题似乎是：构造哨兵对象真的需要basic_ostringstream::flush 的实现吗？如果不是，这对我来说似乎是一个“实施质量”问题。但我实际上认为它需要这样做，因为即使是 basic_stringbug 也可以更改为设置其 badbit。

【讨论】：

其实我是知道的，但我不知道它影响了stringstream的性能。刷新 cout 意味着输出缓冲区中的任何内容以输出，刷新 stringstream 是什么意思？文本刷新到的输出是什么？
@gsingh2011 这就是我的想法。但是basic_ostringstream实际上已经附加了basic_stringbuf，并且是构建flush文档中提到的哨兵所必需的。

【解决方案2】：

流上的每个输出操作都有多个步骤：

它会检查流是否处于良好状态。
它检查是否需要刷新其他流。
生成字符序列。
它检查是否有足够的空间用于书写字符。
endl 的使用会在流缓冲区上调用一个额外的虚函数。

我个人认为，与其他操作相比，额外的虚函数调用实际上影响相对较小。您还可以通过分析此输出来验证此猜测：

out << "stream" << '\n';

...甚至

out << "stream" << out.widen('\n');

也就是说，流实现可以应用许多改进来减少检查。当然，这是否完成将取决于实施。

【讨论】：

【解决方案3】：

使用std::endl相当于写

stream << "\n";
stream.flush();

不要使用std::endl，除非你真的想触发刷新，和/或不关心输出性能。

另外，不用担心不同平台上的不同行尾，您的实现会将"\n" 转换为适合您平台的行尾。

【讨论】：