C和C++风格文件IO的性能差异

Performance Difference Between C and C++ Style File IO

本文关键字：性能 IO 文件 C++ 风格      更新时间：2023-10-16

我一直听说C++文件I/O操作比C风格的I/O慢得多。但我没有找到任何关于它们实际速度的实用参考，所以我决定在我的机器上测试它（Ubuntu 12.04，GCC 4.6.3，ext4分区格式）。

首先，我在磁盘中写了一个~900MB的文件。

C++（ofstream）:163s

ofstream file("test.txt");
    
for(register int i = 0; i < 100000000; i++) 
    file << i << endl;

C（fprintf）:12s

FILE *fp = fopen("test.txt", "w");
    
for(register int i = 0; i < 100000000; i++) 
    fprintf(fp, "%dn", i);

我期待着这样的输出，它表明在C++中写入文件比在C中慢得多。然后我使用C和C++I/O读取相同的文件。让我惊呼的是，在读取文件时，性能几乎并没有差别。

C++（ifstream）:12s

int n;
ifstream file("test.txt");
for(register int i = 0; i < 100000000; i++) 
    file >> n;

C（fscanf）:12s

FILE *fp = fopen("test.txt", "r");
    
for(register int i = 0; i < 100000000; i++) 
    fscanf(fp, "%d", &n);

那个么，为什么使用流执行写操作要花这么长时间呢？或者，为什么使用流式阅读比写作快？

结论：正如答案和评论所指出的，罪魁祸首是std::endl。更改线路file << i << endl;到file << i << 'n';将运行时间从163s缩短到16s。

您正在使用endl打印新行。这就是问题所在，因为它所做的比打印换行符更多—endl还刷新缓冲区，这是一个昂贵的操作（如果您在每次迭代中都这样做）。

如果你是认真的话，使用n：

file << i << 'n';

此外，必须在发布模式下编译代码（即打开优化）。

不，C++输入/输出并不比C的慢——如果有什么不同的话，现代实现在格式化输入/输出方面应该稍微快一点，因为它不需要解析格式字符串，而是在编译时通过流运算符的链接来确定格式。

以下是在基准测试中需要考虑的几个注意事项：

  • 使用完全优化编译（-O3）以获得公平的比较
  • 一个合适的基准需要估计偏差——在实践中，这意味着你需要重复你的测试并将它们交错。目前，您的代码对来自后台进程的干扰并不健壮。您还应该报告重复运行的汇总统计数据，以捕捉扭曲估计的异常值
  • 禁用C++流与C流的同步（std::ios_base::sync_with_stdio(false);）
  • 使用'n'而不是（冲洗）std::endl
  • 不要使用register声明——这根本没有什么区别，而且现代编译器可能会忽略它

使用fstream处理大文件时，请确保设置流缓冲区>0。

与直觉相反，禁用流缓冲会显著降低性能。至少MSVC；2015实现在未设置缓冲区时，将1个字符一次复制到filebuf（请参阅streambuf::xsputn），这可能会使应用程序CPU受限，从而降低I/O速率。

const size_t bufsize = 256*1024;
char buf[bufsize];
mystream.rdbuf()->pubsetbuf(buf, bufsize);

您可以在这里找到完整的示例应用程序。

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