Python 比 C++ 快？这是怎么发生的？ [复制]答案

【问题标题】：Python faster than C++? How does this happen? [duplicate]Python 比 C++ 快？这是怎么发生的？ [复制]
【发布时间】：2012-03-30 02:32:43
【问题描述】：

我正在使用 Windows7，将 CPython 用于 python3.22，将 MinGW 的 g++.exe 用于 C++（这意味着我使用 libstdc++ 作为运行时库）。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;
}

两者都没有优化。

我先跑c++，然后通过交互式命令行跑python，比直接启动.py文件慢很多。

然而，python 的速度超过了 c++，并且速度超过了两倍。 Python 用了 53 秒，c++ 用了 1 分 54 秒。

是因为 python 对解释器做了一些特殊的优化，还是因为 C++ 必须引用和 std，这会减慢速度并占用内存？
还是其他原因？

编辑：我又试了一次，用\n代替std::endl，并用-O3标志编译，这次花了1分钟达到500,000。

【问题讨论】：

所以根据您的基准，Python 中的无限循环运行速度是在 C++ 中打印单个数字的两倍？这确实很奇怪。
啊，这些代码示例做了完全不同的事情......第一个甚至没有终止。
@Mooing Duck：我同意，如果 OP 将示例更改为实际等效，则应该重新打开它。我也认为这可以通过在 C++ 示例中使用 \n 而不是 std::endl 来解决。
What is the C++ iostream endl fiasco?
@busukxuan：您能知道请将所有这些额外信息编辑到问题中吗？也许它会重新开放。您应该添加的内容：C++ 编译器、架构、操作系统、Python 实现/版本，尤其是实际终止的代码！把这个问题变成一个有趣的问题，人们就会烦恼。另外，正确格式化 C++ 代码。

标签： c++ python

【解决方案1】：

我的一位同事告诉我，Python 代码比 C++ 代码更快，然后将这个主题作为示例来证明他的观点。现在从其他答案中可以明显看出问题中发布的 C++ 代码有什么问题。我仍然想总结一下我所做的基准测试，以便向他展示一个好的 C++ 代码是多么快！

原来的C++代码有两个问题：

它使用std::endl 在每次迭代中打印一个换行符。这是一个非常糟糕的主意，因为std::endl 所做的不仅仅是简单地打印换行符——它还强制流刷新到目前为止积累的缓冲区；刷新是一项昂贵操作，因为它必须处理硬件——输出设备。所以第一个解决方法是：如果要打印换行符，只需使用'\n'。
第二个问题不太明显，因为它在代码中没有看到。它在 C++ 流的设计中。默认情况下，C++ 流在每次输入和输出操作后同步到 C 流，这样您的应用程序就可以毫无问题地混合使用 std::cout 和 std::printf，以及 std::cin 和 std::scanf。在这种情况下不需要这个特性（是的，它是一个特性），所以我们可以禁用它，因为它有一点运行时开销（这不是一个问题；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（和测量）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 时间告诉我们哪个快，以及按什么顺序。

希望能帮助您消除疑虑。 :-)

【讨论】：

【解决方案2】：

这里没有什么明显的。由于 Python 是用 C 编写的，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。如果你想让 C++ 有更好的立足点，你可以尝试改为：

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

我确实改为使用++x 而不是x++。多年前人们认为这是一个值得的“优化”。如果该更改对您的程序性能产生任何影响，我会心脏病发作（OTOH，我很肯定使用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，只是因为您没有注意 x 在您增加它之前的值是什么，所以我认为在代码中这样说很有用。

【讨论】：

所以你是说c++只比python慢，因为python是用最直接的方式来实现打印的，而差异是由打印的东西引起的？嗯...我想我应该不带印刷品去试试。
天哪，感谢您的帮助....我删除了 print 和 cout，python 花了 10 多秒才数到 10^8，而 C++ 在一瞬间完成了（不是比喻或夸张，我的意思是几分之一秒，是的，真正的闪光）。所以问题出在 cout... 现在我学到了一个很好的教训。非常感谢！
@busukxuan：写入控制台总是很慢。您是否尝试过将每个程序的输出重定向到文件？您的小程序几乎肯定是 I/O 绑定的，写入文件将消除缓慢的控制台写入。
@bosukxuan：如果你不输出任何东西，C++ 编译器可能会删除整个循环......这并不能证明cout 确实是这里的问题。

【解决方案3】：

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++ 版本。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）。但是，这里有一些来自完全不可靠来源的时间：http://ideone.com。我每次运行 5 次以测量时间上的差异，但只有原始的 C++ 有所不同，而且变化不大。

Python：http://ideone.com/WBWB9 时间：0.07-0.07s
你的 C++：http://ideone.com/tzwQJ 时间：0.05-0.06s
修改C++：http://ideone.com/pXJo3时间：0.00s-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，这要快得多很多。

（注意：我只跑到 12773，因为 ideone.com 在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）

【讨论】：

我又试了一次，用\n和-O3，这次花了1分钟达到500,000
那样的话，我只有一个理论。你能打开 cmd.exe 并在 that 控制台中测试它们，以确保它不是不同的控制台吗？因为对于您的测试，Python 和 C++ 的时间应该几乎相同。这是因为在控制台上显示内容需要很多的处理器时间，这对于两种语言来说应该是相同的。与此相比，循环算不了什么。
还是一样的结果...T.T CPU会影响结果吗？我听说 AMD 处理器要快得多，而 Intel 处理器速度较慢，但一次可以处理许多任务
@busukxuan：不，CPU 不应该影响结果。你的 python 真的把所有这些数字放在控制台中的速度是 C++ 的两倍吗？
@busukxuan：错了。如果你有一个没有输出的循环，C++ 将什么都不做。它不算任何东西。这就是基准测试很难的原因。

【解决方案4】：

std::endl 滞后，使用 '\n' 将使 c++ 更快。

【讨论】：

我试过了，差不多（慢了几秒，应该是随机差异）

【解决方案5】：

与Why is reading lines from stdin much slower in C++ than Python? 中提出的问题相同，但方向相反。

添加

std::cout.sync_with_stdio(false);

到程序顶部

【讨论】：