如何在 C# 和 C++ 中测量经过的时间

Question

我有一个简单的 C# 和 C++ 代码来计算点积的总和。

C#代码是：

using System;

namespace DotPerfTestCS
{
    class Program
    {
        struct Point3D
        {
            public double X, Y, Z;

            public Point3D(double x, double y, double z)
            {
                X = x;
                Y = y;
                Z = z;
            }
        }

        static void RunTest()
        {
            unchecked
            {
                const int numPoints = 100000;
                const int numIters = 100000000;

                Point3D[] pts = new Point3D[numPoints];
                for (int i = 0; i < numPoints; i++) pts[i] = new Point3D(i, i + 1, i + 2);

                var begin = DateTime.Now;
                double sum = 0.0;
                var u = new Point3D(1, 2, 3);
                for (int i = 0; i < numIters; i++)
                {
                    var v = pts[i % numPoints];
                    sum += u.X * v.X + u.Y * v.Y + u.Z * v.Z;
                }
                var end = DateTime.Now;
                Console.WriteLine("Sum: {0} Time elapsed: {1} ms", sum, (end - begin).TotalMilliseconds);
            }
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            for (int i = 0; i < 5; i++) RunTest();
        }
    }
}

而 C++ 是

#include <iostream>
#include <vector>
#include <time.h>

using namespace std;

typedef struct point3d
{
    double x, y, z;

    point3d(double x, double y, double z)
    {
        this->x = x;
        this->y = y;
        this->z = z;
    }
} point3d_t;

double diffclock(clock_t clock1,clock_t clock2)
{
    double diffticks=clock1-clock2;
    double diffms=(diffticks*10)/CLOCKS_PER_SEC;
    return diffms;
}

void runTest()
{
    const int numPoints = 100000;
    const int numIters = 100000000;

    vector<point3d_t> pts;
    for (int i = 0; i < numPoints; i++) pts.push_back(point3d_t(i, i + 1, i + 2));

    auto begin = clock();
    double sum = 0.0, dum = 0.0;
    point3d_t u(1, 2, 3);
    for (int i = 0; i < numIters; i++) 
    {
        point3d_t v = pts[i % numPoints];
        sum += u.x * v.x + u.y * v.y + u.z * v.z;
    }
    auto end = clock();
    cout << "Sum: " << sum << " Time elapsed: " << double(diffclock(end,begin)) << " ms" << endl;

}

int main()
{
    for (int i = 0; i < 5; i++) runTest();
    return 0;
}

C#版本（发布x86优化，x64更慢）输出是

Sum: 30000500000000 Time elapsed: 551.0299 ms 
Sum: 30000500000000 Time elapsed: 551.0315 ms 
Sum: 30000500000000 Time elapsed: 552.0294 ms
Sum: 30000500000000 Time elapsed: 551.0316 ms 
Sum: 30000500000000 Time elapsed: 550.0315 ms

而 C++（默认 VS2010 Release 构建设置）产生

Sum: 3.00005e+013 Time elapsed: 4.27 ms
Sum: 3.00005e+013 Time elapsed: 4.27 ms
Sum: 3.00005e+013 Time elapsed: 4.25 ms
Sum: 3.00005e+013 Time elapsed: 4.25 ms
Sum: 3.00005e+013 Time elapsed: 4.25 ms

现在我预计 C# 代码会慢一些。但是对我来说，慢 130 倍似乎太多了。有人可以向我解释一下这里发生了什么吗？

编辑

我不是 C++ 程序员，我只是从互联网的某个地方获取了 diffclock 代码，而没有真正检查它是否正确。

使用 std::difftime C++ 结果是

Sum: 3.00005e+013 Time elapsed: 457 ms
Sum: 3.00005e+013 Time elapsed: 452 ms
Sum: 3.00005e+013 Time elapsed: 451 ms
Sum: 3.00005e+013 Time elapsed: 451 ms
Sum: 3.00005e+013 Time elapsed: 451 ms

这似乎是对的。

Answer 1

您的 diffclock 代码错误。

如果您将 C++ 代码更改为使用 std::clock 和 std::difftime，它似乎会显示实际运行时：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <ctime>

using namespace std;

typedef struct point3d
{
    double x, y, z;

    point3d(double x, double y, double z)
    {
        this->x = x;
        this->y = y;
        this->z = z;
    }
} point3d_t;

void runTest()
{
    const int numPoints = 100000;
    const int numIters = 100000000;

    vector<point3d_t> pts;
    for (int i = 0; i < numPoints; i++) pts.push_back(point3d_t(i, i + 1, i + 2));

    auto begin = clock();
    double sum = 0.0, dum = 0.0;
    point3d_t u(1, 2, 3);
    for (int i = 0; i < numIters; i++) 
    {
        point3d_t v = pts[i % numPoints];
        sum += u.x * v.x + u.y * v.y + u.z * v.z;
    }
    auto end = clock();
    cout << "Sum: " << sum << " Time elapsed: " << double(std::difftime(end,begin)) << " ms" << endl;

}

int main()
{
    for (int i = 0; i < 5; i++) runTest();
    return 0;
}

结果：

Sum: 3.00005e+013 Time elapsed: 346 ms
Sum: 3.00005e+013 Time elapsed: 344 ms
Sum: 3.00005e+013 Time elapsed: 346 ms
Sum: 3.00005e+013 Time elapsed: 347 ms
Sum: 3.00005e+013 Time elapsed: 347 ms

这是在默认发布模式优化下运行应用程序，在 vs2010 之外。

编辑

正如其他人所指出的，在 C++ 中，使用 clock() 并不是对函数计时的最准确方法（如在 C# 中，Stopwatch 优于 DateTime）。

如果您使用的是 Windows，则始终可以使用 QueryPerformanceCounter 进行高分辨率计时。

Answer 2

我相信您会发现您的 diffclock 实现产生十进制，而不是毫秒（假设 CLOCKS_PER_SECOND 被准确命名）。纠正这一点，C# 实现的运行速度会慢大约 30%，这似乎是合适的。

Answer 3

最明显的原因是 JIT，但一旦证实不是原因，我就有另一种解释。

“new Point3D”出现 100000 次。这是 100000 个堆分配，稍后会被释放。在 C++ 版本中，vector 也是基于堆的，这意味着当它增长时，会有一个 realloc。但是当向量增长时，它每次增长超过一个point3d_t。我预计 C++ 版本中只有 30 个左右的 realloc 调用。