Viết bằng C cho hiệu suất? [đóng cửa]

Tôi biết rằng tôi thường xuyên nghe nói rằng C thường có lợi thế về hiệu năng so với C ++. Tôi thực sự không nghĩ gì khác về nó cho đến khi tôi nhận ra rằng MSVC thậm chí dường như không hỗ trợ tiêu chuẩn C mới nhất, nhưng mới nhất là nó hỗ trợ C99 (theo như tôi biết).

Tôi đã lên kế hoạch viết một thư viện với một số mã để kết xuất trong OpenGL để tôi có thể sử dụng lại nó. Tôi đã dự định viết thư viện bằng C vì bất kỳ sự gia tăng hiệu suất nào đều được hoan nghênh khi nói đến đồ họa.

Nhưng nó sẽ thực sự có giá trị nó? Mã sử ​​dụng thư viện có thể sẽ được viết bằng C ++ và tôi thích viết mã trong C ++ hơn.

Tuy nhiên, nếu nó tạo ra một sự khác biệt nhỏ trong hiệu suất, tôi có thể sẽ đi với C.

Cũng có thể lưu ý rằng thư viện này sẽ là thứ mà tôi sẽ làm để hoạt động trên Windows / OS X / Linux và tôi có thể sẽ biên dịch mọi thứ nguyên bản (MSVC cho Windows, Clang hoặc GCC cho OS X và GCC cho Linux .. .hoặc có thể là trình biên dịch của Intel cho mọi thứ).

Tôi đã nhìn xung quanh và tôi đã tìm thấy một số điểm chuẩn và như vậy, nhưng tất cả mọi thứ tôi thấy đã xử lý GCC thay vì MSVC và Clang. Ngoài ra, điểm chuẩn không đề cập đến các tiêu chuẩn của ngôn ngữ được sử dụng. Có ai có suy nghĩ nào về vấn đề này nữa ko?

CHỈNH SỬA:Tôi chỉ muốn chia sẻ quan điểm của mình về câu hỏi này sau một vài năm kinh nghiệm. Tôi đã kết thúc việc viết dự án mà tôi đã hỏi câu hỏi này trong C ++. Tôi đã bắt đầu một dự án khác cùng thời điểm tại C khi chúng tôi đang tìm cách đạt được bất kỳ hiệu suất nhỏ nào chúng tôi có thể và cần dự án có thể liên kết được trong C. Một vài tháng trước, tôi đã đạt đến điểm mà tôi thực sự cần bản đồ và nâng cao thao tác chuỗi. Tôi biết các khả năng này trong thư viện chuẩn C ++ và cuối cùng đi đến kết luận rằng các cấu trúc đó trong thư viện chuẩn có thể sẽ hoạt động tốt hơn và ổn định hơn các bản đồ và chuỗi tôi có thể thực hiện trong C trong một khoảng thời gian hợp lý. Yêu cầu có thể liên kết trong C dễ dàng được thỏa mãn bằng cách viết giao diện C sang mã C ++, được thực hiện nhanh chóng với các loại mờ. Viết lại thư viện trong C ++ dường như nhanh hơn nhiều so với khi viết nó bằng C và ít bị lỗi hơn, đặc biệt là rò rỉ bộ nhớ. Tôi cũng có thể sử dụng thư viện luồng thư viện tiêu chuẩn, việc này dễ dàng hơn nhiều so với việc sử dụng các triển khai dành riêng cho nền tảng. Cuối cùng, tôi tin rằng việc viết thư viện bằng C ++ đã mang lại lợi ích lớn với chi phí hiệu năng nhỏ. Tôi chưa điểm chuẩn phiên bản C ++, nhưng tôi tin rằng thậm chí có thể tôi đã đạt được một số hiệu suất bằng cách sử dụng các cấu trúc dữ liệu thư viện tiêu chuẩn so với các cấu trúc tôi đã viết. Tôi tin rằng việc viết thư viện bằng C ++ đã mang lại lợi ích lớn với chi phí hiệu năng nhỏ. Tôi chưa điểm chuẩn phiên bản C ++, nhưng tôi tin rằng thậm chí có thể tôi đã đạt được một số hiệu suất bằng cách sử dụng các cấu trúc dữ liệu thư viện tiêu chuẩn so với các cấu trúc tôi đã viết. Tôi tin rằng việc viết thư viện bằng C ++ đã mang lại lợi ích lớn với chi phí hiệu năng nhỏ. Tôi chưa điểm chuẩn phiên bản C ++, nhưng tôi tin rằng thậm chí có thể tôi đã đạt được một số hiệu suất bằng cách sử dụng các cấu trúc dữ liệu thư viện tiêu chuẩn so với các cấu trúc tôi đã viết.

Tôi đoán mọi người thường cho rằng C nhanh hơn C ++ vì lý do hiệu suất trong C. C ++ không phải là chậm hơn hoặc nhanh hơn, nhưng mã C ++ nhất định có thể che khuất các hình phạt hiệu suất ẩn. Ví dụ: có thể có các bản sao và chuyển đổi ngầm định không thể nhìn thấy ngay lập tức khi xem một số đoạn mã C ++.

Hãy đưa ra tuyên bố sau:

foo->doSomething(a + 5, *c);

Chúng ta hãy giả sử rằng doSomethingcó chữ ký sau:

void doSomething(int a, long b);

Bây giờ, hãy thử phân tích tác động hiệu suất có thể có của tuyên bố cụ thể này.

Trong C, các hàm ý khá rõ ràng. foochỉ có thể là một con trỏ tới một cấu trúc và doSomethingphải là một con trỏ tới một hàm. *cdereferences một dài, và a + 5là bổ sung số nguyên. Sự không chắc chắn duy nhất đến từ loại a: Nếu không phải là int, sẽ có một số chuyển đổi. nhưng ngoài ra, thật dễ dàng để định lượng tác động hiệu suất của tuyên bố này.

Bây giờ hãy chuyển sang C ++. Tuyên bố tương tự bây giờ có thể có các đặc tính hiệu suất rất khác nhau:

1. doSomethingcó thể là một hàm thành viên không ảo (giá rẻ), hàm thành viên ảo (đắt hơn một chút) std::function, lambda ... vv Điều tồi tệ hơn, foocó thể là một loại lớp quá tải operator->với một số hoạt động phức tạp không rõ ràng. Vì vậy, để định lượng chi phí gọi điện doSomething, giờ đây cần phải biết chính xác bản chất của foovà doSomething.
2. acó thể là một số nguyên hoặc một tham chiếu đến một số nguyên (bổ sung bổ sung) hoặc một loại lớp thực hiện operator+(int). Toán tử thậm chí có thể trả về một loại lớp khác có thể chuyển đổi hoàn toàn thành int. Một lần nữa, chi phí hiệu suất không rõ ràng từ tuyên bố một mình.
3. ccó thể là một loại thực hiện lớp operator*(). Nó cũng có thể là một tài liệu tham khảo cho một long*vv

Bạn nhận được hình ảnh. Do các tính năng ngôn ngữ của C ++, việc định lượng chi phí hiệu năng của một câu lệnh khó hơn nhiều so với C. Bây giờ, ngoài ra, các khái niệm trừu tượng như std::vector, std::stringthường được sử dụng trong C ++, có đặc tính hiệu năng của riêng chúng và ẩn phân bổ bộ nhớ động ( cũng xem câu trả lời của @ Ian).

Vì vậy, điểm mấu chốt là: Nói chung, không có sự khác biệt nào về hiệu suất có thể đạt được bằng cách sử dụng C hoặc C ++. Nhưng đối với mã thực sự quan trọng về hiệu năng, mọi người thường thích sử dụng C vì có nhiều hình phạt hiệu năng ẩn ít khả thi hơn.

Mã được viết bằng C ++ có thể nhanh hơn trong C, đối với một số loại tác vụ nhất định.

Nếu bạn thích C ++, hãy sử dụng C ++. Bất kỳ vấn đề hiệu suất nào cũng sẽ không đáng kể so với các quyết định thuật toán của phần mềm của bạn.

Một trong những nguyên tắc thiết kế của C ++ là bạn không trả tiền cho các tính năng bạn không sử dụng. Vì vậy, nếu bạn viết mã bằng C ++ và tránh các tính năng không tồn tại trong C, thì mã được biên dịch kết quả sẽ tương đương về hiệu suất (mặc dù bạn sẽ phải đo lường điều này).

Có chi phí không đáng kể để sử dụng các lớp, ví dụ, so với các cấu trúc và một loạt các chức năng liên quan. Các chức năng ảo sẽ có giá cao hơn một chút và bạn phải đo hiệu suất để xem liệu nó có quan trọng với ứng dụng của bạn hay không. Điều tương tự cũng xảy ra với bất kỳ tính năng ngôn ngữ C ++ nào khác.

Một lý do mà các ngôn ngữ cấp cao hơn đôi khi chậm hơn là chúng có thể ẩn đằng sau hậu trường quản lý bộ nhớ nhiều hơn so với các ngôn ngữ cấp thấp hơn.

Bất kỳ ngôn ngữ nào (hoặc thư viện, API, v.v.) trừu tượng hóa chi tiết cấp thấp đều có khả năng che giấu các hoạt động tốn kém. Ví dụ, trong một số ngôn ngữ, chỉ cần cắt bớt khoảng trắng theo dõi từ một chuỗi dẫn đến việc cấp phát bộ nhớ và bản sao của chuỗi. Phân bổ bộ nhớ và sao chép đặc biệt có thể trở nên đắt đỏ nếu chúng xảy ra lặp đi lặp lại trong một vòng lặp chặt chẽ.

Nếu bạn đã viết loại mã này trong C, nó sẽ rõ ràng rõ ràng. Trong C ++ có thể ít hơn như vậy, bởi vì việc phân bổ và sao chép có thể được trừu tượng hóa thành một lớp ở đâu đó. Chúng thậm chí có thể được ẩn đằng sau một toán tử quá tải trông có vẻ vô tội hoặc hàm tạo sao chép.

Vì vậy, sử dụng C ++ nếu bạn muốn. Nhưng đừng bao biện bởi sự tiện lợi có vẻ trừu tượng khi bạn không biết những gì nằm bên dưới chúng.

Tất nhiên, sử dụng một trình lược tả để tìm hiểu điều gì thực sự làm chậm mã của bạn.

Để biết giá trị của nó, tôi có xu hướng viết các thư viện của mình trong C ++ 11 cho bộ tính năng nâng cao. Tôi thích có thể tận dụng những thứ như con trỏ chia sẻ, ngoại lệ, lập trình chung và các tính năng chỉ C ++ khác. Tôi thích C ++ 11 vì tôi thấy rằng một chút tốt của nó được hỗ trợ trên tất cả các nền tảng tôi quan tâm. Visual Studio 2013 có rất nhiều tính năng ngôn ngữ cốt lõi và triển khai thư viện đã sẵn sàng và được cho là đang làm việc để thêm phần còn lại. Như bạn đã biết, Clang và GCC đều hỗ trợ toàn bộ tính năng.

Như đã nói, gần đây tôi đã đọc về một chiến lược thực sự tuyệt vời liên quan đến phát triển thư viện mà tôi nghĩ là có liên quan trực tiếp đến truy vấn của bạn. Bài viết có tiêu đề "Phong cách xử lý lỗi AC hoạt động tốt với các ngoại lệ C ++" Stefanu Du Toit đề cập đến chiến lược này như một mô hình "đồng hồ cát". Đoạn đầu tiên của bài viết:

Tôi đã viết rất nhiều mã thư viện bằng cách sử dụng mẫu mà tôi gọi là mẫu "đồng hồ cát": Tôi triển khai một thư viện (trong trường hợp của tôi, thông thường, sử dụng C ++), bọc nó trong API C trở thành điểm truy cập duy nhất vào thư viện, sau đó bọc API C đó trong C ++ hoặc một số ngôn ngữ khác để cung cấp một cú pháp trừu tượng và tiện lợi. Khi nói đến mã đa nền tảng riêng, API C cung cấp độ ổn định ABI vô song và tính di động cho các ngôn ngữ khác thông qua FFI. Tôi thậm chí còn giới hạn API ở một tập hợp con C mà tôi biết là có thể mang theo nhiều loại FFI và bảo vệ thư viện khỏi rò rỉ các thay đổi trong cấu trúc dữ liệu nội bộ - mong đợi nhiều hơn về các bài đăng trên blog trong tương lai.

Bây giờ để giải quyết mối quan tâm chính của bạn: hiệu suất.

Tôi muốn đề xuất, giống như nhiều câu trả lời khác ở đây, viết mã bằng một trong hai ngôn ngữ sẽ hoạt động tốt trên quan điểm hiệu suất. Từ quan điểm cá nhân, tôi thấy việc viết mã chính xác trong C ++ sẽ dễ dàng hơn nhờ các tính năng ngôn ngữ, nhưng tôi nghĩ đó là một sở thích cá nhân. Dù bằng cách nào, trình biên dịch thực sự thông minh và có xu hướng viết mã tốt hơn bạn. Điều đó để nói rằng trình biên dịch sẽ có khả năng tối ưu hóa mã của bạn tốt hơn bạn có thể.

Tôi biết rất nhiều lập trình viên nói điều này, nhưng điều đầu tiên bạn nên làm là viết mã của mình, sau đó lập hồ sơ và thực hiện tối ưu hóa nơi trình hồ sơ của bạn gợi ý bạn làm. Thời gian của bạn sẽ được dành nhiều hơn để sản xuất các tính năng và sau đó tối ưu hóa nó một khi bạn có thể thấy các nút thắt của bạn đang ở đâu.

Bây giờ cho một số bài đọc thú vị về cách các tính năng ngôn ngữ và tối ưu hóa có thể thực sự hoạt động có lợi cho bạn:

std :: unique_ptr không có chi phí

constEx cho phép tính toán thời gian biên dịch

di chuyển ngữ nghĩa ngăn chặn các đối tượng tạm thời không cần thiết

Sự khác biệt về hiệu năng giữa C ++ và C không phải do bất kỳ thứ gì trong ngôn ngữ, nói đúng ra, mà là ở những gì nó cám dỗ bạn làm. Nó giống như một thẻ tín dụng so với tiền mặt. Nó không khiến bạn chi tiêu nhiều hơn, nhưng dù sao thì bạn cũng vậy, trừ khi bạn rất kỷ luật.

Đây là một ví dụ về một chương trình được viết bằng C ++, sau đó được điều chỉnh hiệu năng mạnh mẽ. Bạn cần biết làm thế nào để điều chỉnh hiệu suất tích cực, bất kể ngôn ngữ. Phương pháp tôi sử dụng là tạm dừng ngẫu nhiên, như được hiển thị trong video này .

Các loại công việc tốn kém mà C ++ cám dỗ bạn phải làm là quản lý bộ nhớ quá mức, lập trình kiểu thông báo, tin tưởng chương trình của bạn vào các thư viện trừu tượng nhiều lớp (như @Ian đã nói), ẩn chậm, v.v.

C không có bất kỳ lợi thế về hiệu suất so với C ++ nếu bạn làm những điều tương tự ở cả hai ngôn ngữ. Bạn có thể lấy bất kỳ mã C cũ nào được viết bởi bất kỳ lập trình viên C giỏi nào và biến nó thành mã C ++ hợp lệ và tương đương, mã này sẽ chạy nhanh như vậy (trừ khi cả bạn và trình biên dịch của bạn đều biết từ khóa "hạn chế" làm gì và bạn sử dụng nó một cách hiệu quả, nhưng hầu hết mọi người không).

C ++ có thể có hiệu năng cực kỳ khác nhau, chậm hơn hoặc nhanh hơn, nếu (1) bạn sử dụng thư viện C ++ tiêu chuẩn để thực hiện những việc có thể được thực hiện nhanh hơn và dễ dàng hơn mà không cần sử dụng thư viện hoặc (2) nếu bạn sử dụng thư viện C ++ tiêu chuẩn để làm mọi thứ dễ dàng hơn và nhanh hơn bằng cách thực hiện lại thư viện trong C.