printf 比 std::cout 快 5 倍以上？答案

【问题标题】：printf more than 5 times faster than std::cout?printf 比 std::cout 快 5 倍以上？
【发布时间】：2012-08-16 04:17:09
【问题描述】：

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <cstdio>
#include <ctime>

int main(int argc, char* argv[])
{
    std::clock_t start;
    double duration;    

    std::cout << "Starting std::cout test." << std::endl;
    start = std::clock();

    for (int i = 0; i < 1000; i++)
    {
        std::cout << "Hello, World! (" << i << ")" << std::endl;
    }

    duration = (std::clock() - start) / (double) CLOCKS_PER_SEC;

    std::cout << "Ending std::cout test." << std::endl;
    std::cout << "Time taken: " << duration << std::endl;

    std::system("pause");

    std::cout << "Starting std::printf test." << std::endl;
    start = std::clock();

    for (int i = 0; i < 1000; i++)
    {
        std::printf("Hello, World! (%i)\n", i);
        std::fflush(stdout);
    }

    duration = (std::clock() - start) / (double) CLOCKS_PER_SEC;

    std::cout << "Ending std::printf test." << std::endl;
    std::cout << "Time taken: " << duration << std::endl;

    system("pause");

    return 0;
}

现在，这是前五次运行的时间：

std::cout 测试：1.125 s ; printf 测试：0.195 秒
std::cout 测试：1.154 s ; printf 测试：0.230 秒
std::cout 测试：1.142 s ; printf 测试：0.216 秒
std::cout 测试：1.322 s ; printf 测试：0.221 秒
std::cout 测试：1.108 s ; printf 测试：0.232 秒

如您所见，使用printf，然后使用fflushing 所用时间比使用std::cout 少约5 倍。

虽然我确实预计使用std::cout 的<< 运算符可能会慢一些（几乎是最小的），但我并没有为这种巨大的差异做好准备。我在做一个公平的测试吗？如果是这样，那么是什么让第一个测试比第二个测试慢得多，如果它们本质上做的是完全相同的事情？

【问题讨论】：

他也确实在 printf 版本中刷新过，所以不可能吗？
possible duplicate 问题没有回答我的主要问题，**what makes** the first test so much slower than the second one... 即 为什么 printf 究竟更快？
除了您使用的库实现的质量之外，可能没有一个正确的答案。 this linked one等类似的问题已经出现过。阅读它以及它链接到的相关问题。
注意std::cout << "Hello, World! (" << i << ")" << std::endl;是4个函数调用，而printf只有一个。尝试做printf 5 次，就像cout 一样，看看会发生什么。然后你会意识到有多少性能失败是由于函数调用，还有多少是由于库本身。
您当前的时间是没有意义的，因为 std::cout 与 stdout 同步，因此需要做很多“额外”的工作来保持同步。如果你解耦它们，你会看到加速（它仍然更慢）std::cout.sync_with_stdio(false);

标签： c++ performance printf cout

【解决方案1】：

试试这个：

#include <cstdlib>
#include <cstdio>
#include <ctime>
#include <iostream>

int main(int argc, char* argv[])
{
#if defined(NOSYNC)
    std::cout.sync_with_stdio(false);
#endif

    std::cout << "Starting std::cout test." << std::endl;

    std::clock_t start = std::clock();

    for (int i = 0; i < 1000; i++)
    {   
        std::cout << "Hello, World! (" << i << ")" << std::endl;
    }   

    clock_t mid = std::clock();

    for (int i = 0; i < 1000; i++)
    {   
        std::printf("Hello, World! (%i)\n", i); 
        std::fflush(stdout);
    }   

    std::clock_t end = std::clock();

    std::cout << "Time taken: P1 " << ((mid-start)*1.0/CLOCKS_PER_SEC) << std::endl;

    std::cout << "Time taken: P2 " << ((end-mid)*1.0/CLOCKS_PER_SEC) << std::endl;


    return 0;
}

然后我得到：

> g++ -O3 t13.cpp
> ./a.out
# lots of lines deleted
Time taken: P1 0.002517
Time taken: P2 0.001872

> g++ -O3 t13.cpp -DNOSYNC   
> ./a.out
# lots of lines deleted
Time taken: P1 0.002398
Time taken: P2 0.001878

所以 P2 时间不会改变。
但是使用std::cout.sync_with_stdio(false); 可以提高P1 时间（即std::cout）。因为代码不再尝试保持两个流 (std::cout stdout) 同步。如果您正在编写纯 C++ 并且仅使用 std::cout 则不是问题。

【讨论】：

【解决方案2】：

要进行真正的同类比较，请重新编写测试，以便在测试用例之间唯一改变的是正在使用的打印函数：

int main(int argc, char* argv[])
{
    const char* teststring = "Test output string\n";
    std::clock_t start;
    double duration;

    std::cout << "Starting std::cout test." << std::endl;
    start = std::clock();

    for (int i = 0; i < 1000; i++)
        std::cout << teststring;
    /* Display timing results, code trimmed for brevity */

    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        std::printf(teststring);
        std::fflush(stdout);
    }
    /* Display timing results, code trimmed for brevity */
    return 0;
}

这样，您将只测试printf 和cout 函数调用之间的差异。你不会因为多次<< 调用等而产生任何差异。如果你尝试这个，我怀疑你会得到一个非常不同的结果。

【讨论】：

嗯，现在只差0.06秒左右。猜猜这回答了我的问题。
@bta，这似乎是一个不公平的测试。对于 printf 部分，您在每次迭代后刷新标准输出，但 std::cout 代码不是。应该可能添加
添加以下内容：std::cout.sync_with_stdio(false);
如果 cout 和 printf 之间的性能差异是由于将数字 i 格式化为字符串造成的，那么这不是一个有用的比较。
如果差异是由于需要更多的<< 调用而不是printf 调用，那么以这种方式比较它们是完全合适的。将测试简化到您所拥有的程度是不现实的。

【解决方案3】：

使用

cout << "\n";

防止缓冲。更快

【讨论】：

【解决方案4】：

大约 10 年前，Scott Meyers 测试了 iostream 和 scanf/printf 的效率。取决于编译器和环境，有时 scanf/printf 比 iostream 快 20%，有时甚至快 200%。但是 iostream 从来没有比 scanf/printf 快。根据其他两个给定的示例，scanf/printf 仍然比 iostream 快。然而，迈耶斯说：“在一个真正有用的程序上，不会有任何差异。” 根据 Google 的编程风格（[http://google-styleguide.googlecode.com/svn/trunk/cppguide.html]），除了日志记录之外，不应使用流。 iostream 的替代方法是自己封装 scanf/printf。

【讨论】：

【解决方案5】：

我只有一台电脑的编程范围，所以没有太多的测试。无论如何，std::cout 在我的构建中使用精确的详细代码更快。我正在使用 Cpp14。

我只是认为某些人会选择 C++。是的，C 是很棒的语言，但从逻辑上讲，我看不出 printf 如何比 std cout 更快。 Printf 必须在运行时从 void 指针进行类型转换。 Cout 在编译时执行此操作。

【讨论】：

如果 iostreams 在您的平台上实际上更快，那么了解该平台是什么会很有用。 iostreams 往往比 printf 慢很多的原因是 iostreams 使用了大量的函数调用，包括大量的虚函数调用（iostream 本身不做任何事情，它转发streambuf 虚函数的所有内容）。如果您需要重定向流，这非常有用，但如果您不使用它，则很浪费。
好吧，我真的不知道你指的是什么平台，但我使用的是 Win 10、Intel Celeron CPU G3900、4 gigs Ram、CPP 14。你应该记住 CPP 每三年发展一次。很多函数调用都被编译掉了。
哪个编译器和哪个 C++ 标准库是平台的非常重要的细节...... CPU（你提到的，还包含缓存信息）和 RAM（你只提到了大小而不是时钟速率、DDR 生成、通道数或延迟）在这种情况下不太重要，但有时会对性能和优化产生很大影响。

【解决方案6】：

我在运行 Windows 10、WSL Ubuntu、CLion 2018、GCC 的笔记本电脑上尝试了这个测试。没有优化：

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <cstdio>
#include <ctime>

int main(int argc, char *argv[]) {
    std::ios_base::sync_with_stdio(false);
    std::cin.tie(nullptr);
    std::clock_t start;
    double duration1, duration2;

    std::cout << "Starting std::cout test.\n";
    start = std::clock();

    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        std::cout << "Hello, World! (" << i << ")" << std::endl;
    }

    duration1 = (std::clock() - start) / (double) CLOCKS_PER_SEC;

    std::cout << "Starting std::printf test.\n";
    start = std::clock();

    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        std::printf("Hello, World! (%i)\n", i);
        std::fflush(stdout);
    }

    duration2 = (std::clock() - start) / (double) CLOCKS_PER_SEC;

    std::cout << "Time taken: cout " << duration1 << std::endl;
    std::cout << "Time taken Printf: " << duration2 << std::endl;

    return 0;
}

结果：

Test1: Cout: 2.25, Printf: 2.45312  (Cout run first)
Test2: Cout: 2.42188, Printf: 2.07812 (Printf Run first)
Test3: Cout: 2.26562, Printf: 2.25 (Cout run first)
Test4: Cout 2.46875, Printf: 2.57812 (Printf run first)

TL;DR：使用 std::ios_base::sync_with_stdio(false) 和 std::cin.tie(nullptr) 可以将这两个功能带到几乎相同的位置。

【讨论】：