之前常听说C#和Java与C++的速度接近,更有甚者说很多情况下他们都比C++快,而且举出一大堆的范例(多是些IO操作,测量误差超级大,因此很难令人信服),于是听到很多人出来圆场,说对于语言内建类型(整形、浮点型等),编译成二进制应该相差不大,这似乎有些道理,但我仍然有些怀疑。

还曾经听不少人鼓吹过脚本,说脚本程序比C++程序慢不了多少,有人甚至给10%,对此我不加评论了,看看这里的测试结果就一目了然。

下面有个浮点密集型的计算程序,没有使用blitz++和MTL,很符合一般性应用,如果用上他们那就不好说怎么样,因为主要是和Fortran比科学计算速度时才用。已经有人编码测试了。
只讲速度,如果再比内存,其他几种语言就没有必要比下去了。


不同语言版本的代码到原作者提供的地址去下载:http://files.cnblogs.com/miloyip/smallpt20100623.zip
下面是测试用的系统配置:

测试配置

  • 硬件: Intel Core i7 920@2.67Ghz(4 core, HyperThread), 12GB RAM
  • 操作系统: Microsoft Windows 7 64-bit

测试名称

编译器/解译器

编译/运行选项

VC++

Visual C++ 2008 (32-bit)

/Ox /Ob2 /Oi /Ot /GL /FD /MD /GS- /Gy /arch:SSE /fp:fast

VC++_OpenMP

Visual C++ 2008 (32-bit)

/Ox /Ob2 /Oi /Ot /GL /FD /MD /GS- /Gy /arch:SSE /fp:fast /openmp

IC++

Intel C++ Compiler (32-bit)

/Ox /Og /Ob2 /Oi /Ot /Qipo /GA /MD /GS- /Gy /arch:SSE2 /fp:fast /Zi /QxHost

IC++_OpenMP

Intel C++ Compiler (32-bit)

/Ox /Og /Ob2 /Oi /Ot /Qipo /GA /MD /GS- /Gy /arch:SSE2 /fp:fast /Zi /QxHost /Qopenmp

GCC

GCC 4.3.4 in Cygwin (32-bit)

-O3 -march=native -ffast-math

GCC_OpenMP

GCC 4.3.4 in Cygwin (32-bit)

-O3 -march=native -ffast-math -fopenmp

C++/CLI

Visual C++ 2008 (32-bit), .Net Framework 3.5

/Ox /Ob2 /Oi /Ot /GL /FD /MD /GS- /fp:fast /Zi /clr /TP

C++/CLI_OpenMP

Visual C++ 2008 (32-bit), .Net Framework 3.5

/Ox /Ob2 /Oi /Ot /GL /FD /MD /GS- /fp:fast /Zi /clr /TP /openmp

C#

Visual C# 2008 (32-bit), .Net Framework 3.5

 

*C#_outref

Visual C# 2008 (32-bit), .Net Framework 3.5

 

F#

F# 2.0 (32-bit), .Net Framework 3.5

 

Java

Java SE 1.6.0_17

-server

JsChrome

Chrome 5.0.375.86

 

JsFirefox

Firefox 3.6

 

LuaJIT

LuaJIT 2.0.0-beta4 (32-bit)

 

Lua

LuaJIT (32-bit)

-joff

Python

Python 3.1.2 (32-bit)

 

*IronPython

IronPython 2.6 for .Net 4

 

*Jython

Jython 2.5.1

 

Ruby

Ruby 1.9.1p378

 

渲染的解像度为256x256,每象素作100次采样。

结果及分析

下表中预设的相对时间以最快的单线程测试(IC++)作基准,用鼠标按列可改变基准。由于Ruby运行时间太长,只每象素作4次采样,把时间乘上25。另 外,因为各测试的渲染时间相差很远,所以用了两个棒形图去显示数据,分别显示时间少于4000秒和少于60秒的测试(Ruby4000秒以外,不予显 )

Test

Time(sec)

Relative time

IC++_OpenMP

2.861

0.19x

VC++_OpenMP

3.140

0.21x

GCC_OpenMP

3.359

0.23x

C++/CLI_OpenMP

5.147

0.35x

IC++

14.761

1.00x

VC++

17.632

1.19x

GCC

19.500

1.32x

C++/CLI

27.634

1.87x

Java

30.527

2.07x

C#_outref

44.220

3.00x

F#

47.172

3.20x

C#

48.194

3.26x

JsChrome

237.880

16.12x

LuaJIT

829.777

56.21x

Lua

1,227.656

83.17x

IronPython

2,921.573

197.93x

JsFirefox

3,588.778

243.13x

Python

3,920.556

265.60x

Jython

6,211.550

420.81x

Ruby

77,859.653

5,274.69x

C++/.Net/Java组别

静态语言和动态语言在此测试下的性能不在同一数量级。先比较静态语言。

C++.Net的测试结果和上一篇博文相若,而C#F#无显著区别。但是,C++/CLI虽然同样产生IL,于括管的.Net平台上执行,其渲染时间 却只是C#/F#55%左右。为什么呢?使用ildasm去反汇编C++/CLIC#的可执行文件后,可以发现,程序的热点函数 Sphere.Intersect()在两个版本中,C++/CLI版本的代码大小(code size)201字节, C#则为125字节! C++/CLI版本在编译时,已把函数内所有Vec类的方法调用全部内联,而C#版本则使用callvirt调用Vec的方法。估计JIT没有把这函数进 行内联,做成这个性能差异。另外,C++/CLI版本使用了值类型,并使用指针(代码中为引用)托管代码(C++/CLI)的渲染时间,仅为原生非括管代码(IC++)1.91倍,个人觉得.NetJIT已经非常不错。

另一方面,Java的性能表现非常突出,只比C++/CLI稍慢一点,Java版本的渲染时间为C#/F#65%左右。以前一直认为,C#不少设计会使其性能高于Java,例如C#的方法预设为非虚,Java则预设为虚;又例如C#支持struct作值类型(value type)Java则只有class引用类型(reference type),后者必须使用GC。但是,这个测试显示,Java VM应该在JIT中做了大量优化,估计也应用了内联,才能使其性能逼近C++/CLI

C++方面,Intel C++编译器最快,Visual C++慢一点点(1.19x)GCC再慢一点点(1.32x)。这结果符合本人预期。 Intel C++OpenMP版本和单线程比较,达5.16加速比(speedup),对于4Hyper Threading来说算是不错的结果。读者若有兴趣,也可以自行测试C# 4.0的并行新特性。

动态语言组别

首先,要说一句,Google太强了,难以想像JsChome的渲染时间仅是IC++16.12倍,C#4.94倍。

以下比较各动态语言的相对时间,以JsChrome为基准。 ChromeV8 JavaScript引擎(1.00x)大幅抛离FirefoxSpiderMonkey引擎(15.09x)。而LuaJIT(3.49x)Lua(5.16x)则排第二和第三名。 LuaJIT版本是没有JIT68%,并没有想像中的快,但是也比Python(16.48x)快得多。曾听说过Ruby有效能问题,没想到问题竟然如此严重(327.31x),其渲染时间差不多是Python20倍.