Python比C++快?这是怎么发生的

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

本文关键字：C++ Python      更新时间：2023-10-16

我使用Windows7，对python3.22使用CPython，对C++使用MinGW的g++.exe（这意味着我使用libstdc++作为运行库）。我写了两个简单的程序来比较它们的速度。

Python:

x=0
while x!=1000000:
    x+=1
    print(x)

C++：

#include <iostream>
int main()
{
    int x = 0;
    while ( x != 1000000 )
    {
        x++;
        std::cout << x << std::endl;
    }
    return 0;
}

两者都未优化。

我先运行c++，然后通过交互式命令行运行python，这比直接启动.py文件慢得多。

然而，python的速度超过了c++，而且是它的两倍多。Python耗时53秒，c++耗时1分54秒。

是因为python对解释器进行了一些特殊的优化，还是因为C++必须引用和std，这会减慢它的速度并占用ram
还是其他原因？

编辑：我再次尝试，使用n而不是std::endl，并使用-O3标志进行编译，这次需要1分钟才能达到500000。

我的一位同事告诉我Python代码比C++代码快，然后以这个主题为例来证明他的观点。从其他答案中可以明显看出，问题中发布的C++代码出了什么问题。我仍然想总结一下我所做的基准测试，向他展示一个好的C++代码是如何快速的！

原始C++代码有两个问题：

  • 它使用std::endl在每次迭代中打印一条换行符。这是一个非常糟糕的主意，因为std::endl做的事情比简单地打印一行换行符还要多；它还迫使流刷新迄今为止累积的缓冲区；冲洗是一项成本高昂的操作，因为它必须处理硬件–输出设备。因此，第一个解决方案是：如果您想打印新行，只需使用'n'。

  • 第二个问题不太明显，因为它在代码中看不到。它是在C++流的设计中。默认情况下，C++流在每次输入和输出操作后都会同步到C流，这样您的应用程序就可以毫无问题地混合std::cout和std::printf，以及std::cin和std::scanf。这个功能（是的，它是功能）在这种情况下是不需要的，所以我们可以禁用它，因为它有一点运行时开销（这不是问题；它不会让C++变得糟糕；它只是功能的价格）。所以第二个修复是这样的：std::cout::sync_with_stdio(false);

这是最终优化的代码：

#include <iostream>
int main()
{
    std::ios_base::sync_with_stdio(false); 
    int x = 0;
    while ( x != 1000000 )
    {
         ++x;
         std::cout << x << 'n';
    }
}

并使用-O3标志编译它，并运行（和度量）为：

$ g++ benchmark.cpp -O3    #compilation
$ time ./a.out             #run
//..
real   0m32.175s
user   0m0.088s
sys    0m0.396s

并运行和测量python代码（发布在问题中）：

$ time ./benchmark.py
//...
real  0m35.714s
user  0m3.048s
sys   0m4.456s

user和sys时间告诉我们哪一个快，并且按什么顺序。

希望这能帮助你消除疑虑。：-）

这里没有任何明显的内容。由于Python是用C编写的，所以它必须使用类似printf的东西来实现print。C++I/O流，如cout，通常以比printf慢得多的方式实现。如果你想把C++放在一个更好的基础上，你可以尝试更改为：

#include <cstdio>
int main()
{
    int x=0;
    while(x!=1000000)
    {
        ++x;
        std::printf("%dn", x);
    }
    return 0;
}

我确实改为使用++x而不是x++。几年前，人们认为这是一个有价值的"优化"。如果这种改变对程序的性能产生任何影响，我会心脏病发作（OTOH，我确信使用std::printf将对运行时性能产生巨大影响）。相反，我之所以进行更改，只是因为在增加x的值之前，您没有注意到它的值是多少，所以我认为在代码中这样说很有用。

我认为我们需要更多信息，但我希望您正在构建一个未优化的C++构建。尝试使用-O3标志构建它。（更了解GCC的人会有更多更好的建议）。然而，以下是一些来自完全不可信来源的时间安排：http://ideone.com.我每次运行5次，以获得时间上的一些方差度量，但只有原始C++发生了变化，而且变化不大。

Python：http://ideone.com/WBWB9时间：0.07-0.07s
您的C++：http://ideone.com/tzwQJ时间：0.05-0.06s
修改后的C++：http://ideone.com/pXJo3时间：0.001-0.00s

至于为什么我的C++比你的快，std::endl强制C++立即刷新缓冲区。'n'在没有强制缓冲区刷新的情况下执行换行，这要快得多。

（注意：我只运行到12773，因为ideone.com在进程显示一定数量的输出后会杀死进程，这是服务器给我的最多的输出）

std::endl滞后（它不仅仅是写一行换行符）。

直接使用'\n'将使C++代码运行得更快。

与中提出的问题相同为什么C++中从stdin读取行的速度比Python慢得多？但方向相反。

添加

std::cout.sync_with_stdio(false);

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