为什么这个简单的c++添加比同等的Java慢6倍?

why is this simple C++ addition 6 times slower than the equivalent Java?

本文关键字：Java 6倍 添加 简单 c++ 为什么      更新时间：2023-10-16

stackoverflow用户你好，这是我第一个问题，如果我的表达方式有任何错误，请指出来，谢谢

我用Java和c++写了这个简单的计算函数

Java: 

long start = System.nanoTime();
long total = 0;
for (int i = 0; i < 2147483647; i++) {
    total += i;
}
System.out.println(total);
System.out.println(System.nanoTime() - start);
c++: 

auto start = chrono::high_resolution_clock::now();
register long long total = 0;
for (register int i = 0; i < 2147483647; i++)
{
    total += i;
}
cout << total << endl;
auto finish = chrono::high_resolution_clock::now();
cout << chrono::duration_cast<chrono::nanoseconds>(finish - start).count() << endl;

软件:——JDK8u11- Microsoft Visual c++编译器(2013)

结果:

Java:23058430059924684811096361110

C + +:23058430059924684816544374300

计算结果是相同的，这是很好的然而，打印的纳米时间显示Java程序需要1秒，而在c++中需要6秒来执行

我做Java已经有一段时间了，但是我是c++的新手，我的代码有什么问题吗?还是c++在简单计算方面比Java慢?

也，我在我的c++代码中使用了"register"关键字，希望它能带来性能改进，但执行时间根本没有区别，有人能解释一下吗?

编辑:我这里的错误是c++编译器设置没有优化，输出设置为x32，在应用/O2 WIN64并删除DEBUG后，程序只花了0.7秒来执行

JDK默认对输出应用优化，然而vc++不是这样，它默认支持编译速度，不同的c++编译器的结果也不同，有些会在编译时间内计算循环的结果，导致极短的执行时间(大约5微秒)

注意:在适当的条件下，c++程序在这个简单的测试中会比Java表现得更好，但是我注意到许多运行时安全检查被跳过，违反了它作为"安全语言"的调试意图，我相信c++在大数组测试中甚至会比Java表现得更好，因为它没有绑定检查

在Linux/Debian/Sid/x86-64上使用OpenJDK 7 

// file test.java
class Test {
    public static void main(String[] args) {
    long start = System.nanoTime();
    long total = 0;
    for (int i = 0; i < 2147483647; i++) {
        total += i;
    }
    System.out.println(total);
    System.out.println(System.nanoTime() - start);
    }
}

和GCC 4.9的

   // file test.cc
#include <iostream>
#include <chrono>
int main (int argc, char**argv) {
 using namespace std;
 auto start = chrono::high_resolution_clock::now();
 long long total = 0;
 for (int i = 0; i < 2147483647; i++)
   {
     total += i;
   }
 cout << total << endl;
 auto finish = chrono::high_resolution_clock::now();
 cout << chrono::duration_cast<chrono::nanoseconds>(finish - start).count()
      << endl;
}

然后用

编译并运行test.java
javac test.java
java Test

我得到了输出

2305843005992468481
774937152

使用优化编译test.cc时

g++ -O2 -std=c++11 test.cc -o test-gcc

和运行./test-gcc它跑得更快

2305843005992468481
40291

当然，没有优化g++ -std=c++11 test.cc -o test-gcc，运行更慢

2305843005992468481
5208949116

通过使用g++ -O2 -fverbose-asm -S -std=c++11 test.cc查看汇编代码，我看到编译器在编译时计算了结果:

    .globl  main
    .type   main, @function
  main:
  .LFB1530:
    .cfi_startproc
    pushq   %rbx    #
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 3, -16
    call    _ZNSt6chrono3_V212system_clock3nowEv    #
    movabsq $2305843005992468481, %rsi  #,
    movl    $_ZSt4cout, %edi    #,
    movq    %rax, %rbx  #, start
    call    _ZNSo9_M_insertIxEERSoT_    #
    movq    %rax, %rdi  # D.35007,
    call    _ZSt4endlIcSt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIT_T0_ES6_  #
    call    _ZNSt6chrono3_V212system_clock3nowEv    #
    subq    %rbx, %rax  # start, D.35008
    movl    $_ZSt4cout, %edi    #,
    movq    %rax, %rsi  # D.35008, D.35008
    call    _ZNSo9_M_insertIlEERSoT_    #
    movq    %rax, %rdi  # D.35007,
    call    _ZSt4endlIcSt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIT_T0_ES6_  #
    xorl    %eax, %eax  #
    popq    %rbx    #
    .cfi_def_cfa_offset 8
    ret
    .cfi_endproc
  .LFE1530:
            .size   main, .-main
所以你只需要在你的编译器中启用优化(或者切换到一个更好的编译器，比如GCC 4.9)

顺便说一句，Java的底层优化发生在JVM的JIT中。我不太了解JAVA，但我认为我不需要打开它们。我知道，在GCC上，你需要启用优化，当然是提前(例如与-O2)

PS:在这个21世纪，我从未使用过任何微软编译器，所以我无法帮助你如何在它中启用优化。

最后，我不认为这样的微基准是重要的。基准测试然后优化您的实际应用程序。

耗时约0.6秒。592801000秒)在我的系统上，英特尔2600K, 3.40ghz，与MSVC Express 2013, 64位模式，标准发布构建。将计数移动到设置结束后，以不包括计数开销。

#include <iostream>
#include <chrono>
using namespace std;
int main()
{
    auto start = chrono::high_resolution_clock::now();
    register long long total = 0;
    for (register int i = 0; i < 2147483647; i++)
    {
        total += i;
    }
    auto finish = chrono::high_resolution_clock::now();
    cout << total << endl;
    cout << chrono::duration_cast<chrono::nanoseconds>(finish - start).count() << endl;
    return 0;
}

我认为要解释为什么C/c++总是比Java快，最简单的方法就是理解Java是如何工作的。

从一开始，Java就是为了促进跨平台软件而开发的。在Java之前，人们必须在每个机器家族上分别编译他们的程序。即使是现在，有了各种各样的硬件架构、公认的标准和操作系统，人们也无法绕过这个障碍。Java通过它的编译器和JVM来实现这一点。编译器应用它所能进行的任何优化，并将其汇编成Java字节码，字节码就像已编译的优化源代码的简写。但是，这个字节码还不能被处理器理解。

这就是Java虚拟机的由来。首先，JVM确定它正在哪个环境中运行，并加载适当的转换表。然后将字节码读入JVM，并在表中查找每个代码，并将其转换为环境的本机机器码，然后执行。

如你所知，每条指令都需要一点点时间。但是对于编译后的C/c++程序，它已经在适当的机器码中并立即执行。

有趣的提示-所有操作系统和大多数设备驱动程序都是用C编写的，出于性能原因。

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