c和c ++ 11中系统时钟的性能

Question

我注意到计算经过时间的 C 风格比使用 C++11 更快。如果执行需要更多时间，则差异会越来越小。

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <ctime>

long fibonacci(int n)
{
    if (n < 3) return 1;
    return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2);
}

int main()
{
    /* C++11-Style */
    std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> start, end;

    /* C-Style */
    clock_t c_start, c_end;
    double c_elapsed;

    /* Start */
    start = std::chrono::system_clock::now();
    c_start = clock();

    std::cout << "f(30) = " << fibonacci(30) << '\n';

    /* End */
    c_end = clock();
    end = std::chrono::system_clock::now();

    /* Compute Elasped time */
    c_elapsed = ((double)(c_end-c_start))/CLOCKS_PER_SEC;
    std::chrono::duration<double> elapsed_seconds = end-start;
    std::time_t end_time = std::chrono::system_clock::to_time_t(end);

    std::cout << "finished computation at " << std::ctime(&end_time)
              << "  elapsed time: " << elapsed_seconds.count() << "s\n";
    std::cout << "c_elapsed time: " << c_elapsed << "s" << std::endl;
}

结果是

f(30) = 832040
finished computation at Fri Jul  4 05:03:10 2014
  elapsed time: 0.00417783s (C++11)
c_elapsed time: 0.003686s   (C)

为什么会这样？

Answer 1

这个测试有几个问题。

1. 这是一个样本。

   谁知道下次运行它会发生什么。据我们所知，差异可能在 0.002 和 -42.1723 之间波动，而这个样本恰好显示接近 0.002 的差异。如何知道结果是否可重复，或者如果只尝试一次，结果会如何变化？

2. 这是一个完全未知特征的时钟样本。

   如果第一个时钟只能以 0.00417783 秒的增量进行测量，而第二个时钟只能以 0.003686 秒的增量进行测量，但实验实际上是在 0.005 秒内运行的，该怎么办？如果不知道时钟的测量能力如何，如何知道结果差异是否有意义？

3. 它为每个时钟测量不同的东西。

   第一个时钟测量包括对第二个时钟代码的两次调用。如果时钟不是从一种测量到另一种测量的唯一变化，那么如何知道结果的差异是否可以通过时钟的差异来解释？

因此测试毫无意义。

更好的测试应该：

1. 确定时钟的特性。

   首先需要知道时钟测量时间的精确度。知道了这一点，就可以对实验进行扩展，从而将低精度的影响降低到我们不关心的程度。

2. 用两个时钟测量相同的东西。

   比较苹果和苹果。除了第一个感兴趣的部分：时钟之外，这两个测量应该没有区别。

3. 采集多个样本。

   通过多次采样，我们可以了解结果是否是一次侥幸（可能由外部因素引起）以及结果如何变化。

Answer 2

你的测试不公平！这有几个原因。

基准测试失败

您有 clock() 调用仅围绕斐波那契计算，但 std::chrono::system_clock::now() 调用围绕斐波那契计算加上两个 clock() 调用！

让我们再看一遍：

  C                | C++11
  ====================================
  fibonacci(30)    | clock()
                   | fibonacci(30)
                   | clock()

您的 C++11 版本应该导致更长的持续时间似乎是完全合理的。

使用隔离机制重新运行您的基准测试（例如每个代码变体使用一个完全独立的文件），并增加定时计算的大小以获得更有意义的结果；运行它 100 次，然后取平均值之类的。

不同的语义

话虽如此，我我相当一致地看到clock() is slower：

#include <ctime>
#include <chrono>

int main()
{
    for (size_t i = 0; i < 20000; i++)
#ifdef CSTYLE
        clock();
#else
        std::chrono::system_clock::now();
#endif
}

g++ -std=c++11 -O2 -Wall -pedantic main.cpp && time ./a.out &&
g++ -std=c++11 -O2 -Wall -pedantic -DCSTYLE main.cpp && time ./a.out
real  0m0.027s
user  0m0.008s
sys   0m0.016s

real  0m0.038s
user  0m0.000s
sys   0m0.036s

我不知道为什么会这样，但因此，比较 elapsed_seconds.count() 和 c_elapsed 并期望对结果做出任何坚定的合理化在很大程度上是愚蠢的。