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    STL性能测试

    技术2022-05-11  193
    作者主页 http://www.chenshuo.com 可下载测试文本与源代码

    C++ Standard Template Library——STL的性能究竟如何，不同版本的STL其性能差异有多少？为了解这些，让我们来做一个简单的测试吧。

    测试的基本思路是用C与C++分别实现一个程序，实现相同的功能，并要求C++程序的主要数据结构用STL中的Containers、Algorithms等来实现。然后比较两个程序的性能，看看究竟谁快，快多少。

    因本人水C/C++水平极为有限，写的code实在拿不出手，为保证公平，最好用一位大家公认的大师级人物写的code来做这个测试。好在《The Practice of Programming》（中译本《程序设计实践》，裘宗燕译）第三章里，作者Brian W. Kenighan分别用C和C++写了实现相同功能的Code，他老人家的程序用在这里最合适不过了。这个程序是用来实现“马尔可夫(markov)链算法”的，关于markov链算法的详情请看本文附录1。

    我在《The Practice of Programming》一书的主页 http://tpop.awl.com 下载到相应的代码，为了记录程序运行的时间，我在代码中加了几条语句(以“/* Added by Chen Shuo*/”标明)，完整的代码见本文附录2。

    测试用机：

    机器一：PII 300 with 512k L2 Cache，Intel 440LX主板 66MHz外频，64M RAM，安装P – Win98 SE；机器二：PII 350 with 512k L2 Cache，Intel 440BX主板 100MHz外频，128M RAM，安装Windows2000 Professional中文版with Service Pack 2。

    编译环境：(均在Windows下编译)

    1、  Microsoft Visual C++ 6.0 with Service Pack 5

    2、  Cygwin : dll ver 1.3.2 与 GNU C++ 2.95.3 （下载自http://www.cygwin.com）

    3、  Borland C++ Compiler 5.5.1 for free （下载自http://www.borland.com）

     

    共有三个文件要编译，分别是C版的markov.c；使用list的markov_l.cpp；使用deque的markov_d.cpp。其中markov.c需要和eprintf.c一同编译链接。

    编译命令行参数（均已打开速度优化选项，编译的可执行文件在DOS Prompt中执行）：

    ps.我把BCC安装在C:/bcc，Cygwin安装在c:/cygwin。所以环境变量的设置办法是：

    set MSDevDir=C:/PROGRA~1/MICROS~3/COMMON/msdev98

    set MSVCDir=C:/PROGRA~1/MICROS~3/VC98

    set PATH="C:/PROGRA~1/MICROS~3/VC98/BIN";c:/windows;c:/windows/command;c:/bcc/bin;

    set PATH=%PATH%;C:/cygwin/bin "C:/PROGRA~1/MICROS~3/COMMON/msdev98/BIN";

    set INCLUDE=C:/PROGRA~1/MICROS~3/VC98/INCLUDE;

    set LIB=C:/PROGRA~1/MICROS~3/VC98/LIB;

    1、以编译markov_l.cpp为例，为区别不同编译器生成的exe文件，需指定生成的EXE文件的名子，蓝色部分是生成的文件名。

    g++ -o g_l.exe -O4 markov_l.cpp

    bcc32 -Ic:/bcc/include -Lc:/bcc/lib -O2 -6 –eb_l.exe markov_l.cpp

    cl /G6 /O2 /Og /GX /MT /Fev_l.exe markov_l.cpp

    2、再以编译markov.c为例

    g++ -o g_c.exe -O4 markov_l.c eprintf.c

    bcc32 -Ic:/bcc/include -Lc:/bcc/lib -O2 -6 –eb_c.exe markov_l.c eprintf.c

    cl /G6 /O2 /Og /MT /GX /Fev_c.exe markov.c eprintf.c

    这样我们用三个编译器编译3个程序，就得到9个exe文件，分别是：

     

     

    markov.c

    markov_l.cpp

    markov_d.cpp

    GNU C++ 2.95.3

    g_c.exe

    g_l.exe

    g_d.exe

    BCC 5.5.1

    b_c.exe

    b_l.exe

    b_d.exe

    VC6

    v_c.exe

    v_l.exe

    v_d.exe

     

    为了验证各个程序的正确性，我用BCC 5.5带的license.txt(15095Bytes, 2239个词)作了简单的测试(如C:/BCC> b_d < license.txt )，各程序均能迅速给出结果。还需要一个较大规模的文本来作性能测试，我用的是英文版《简·爱》(JEAN EYRE)的Part II, Chapter 10 ~ Chapter 18，文件大小265635Bytes，46751个词，存为text1.txt。

    测试办法：在命令行敲入

    g_c <text1.txt >g1.txt

    执行完后，打开g1.txt，最后一行”The time was:”是程序执行的时间，同时看看有没有生成10000个单词，若不足10000个，需要再次执行测试，这样才能保证测试的公平。

    为了方便，我写了一个小程序自动进行测试：一个exe文件执行30次，生成30个txt文件。前三个不计，找出后27个文件中行数达到10000的，求出它们的平均执行时间。

    在两台机器上做的测试结果如下，单位是秒：

     

    PII 300 with 64M RAM

    PII 350 with 128M RAM

    b_c

    0.432

    0.330

    b_d

    >300*

    5.567

    b_l

    >300*

    5.607

    g_c

    0.463

    0.336

    g_d

    3.366

    2.581

    g_l

    2.142

    1.707

    v_c

    0.568

    0.459

    v_d

    >300*

    131.6*

    v_l

    2.714

    2.080

    注：凡标有*者，在程序执行时硬盘狂响，估计磁盘I/O占去不少时间。

     

    初步分析以上数据可以得出：

    1、  Borland C++ 5.5.1带的STL的性能比较低，而且似乎比较耗内存，在内存较小的机器上执行时，磁盘交换将花去大量时间。

    2、  Visual C++ 6.0带的STL，list尚可，但至少deque有问题，很耗内存，结果磁盘交换花去大量时间，可惜我没有256M内存的机器做测试。

    3、  GNU C++ 2.95.3带的STL性能较好，在内存较小的机器上执行也没有问题。

    4、  精心设计的C程序比实现相同功能且使用STL的C++执行要快。在本次测试中，C++程序的功能主要由STL Container实现，STL的性能影响了整个程序性能的90%以上，所以显出这么大的差距。

     

    下面来搞点移花接木，把GNU C++带的STL给其他两个编译器用看看有什么效果。

    在www.sgi.com下载了SGI STL 3.3，在下载时顺便看了看FAQ，得知SGI STL3.3与Visual C++5.0以上搭配时，需要用iostream.h取代iostream；还有是支持SGI STL的编译器里好像没有Borland C++。

     把下载来的STL.ZIP释放到C:/Program Files/Microsoft Visual Studio/VC98/Include/SGISTL。并把环境变量重新设置：

    set INCLUDE=C:/PROGRA~1/MICROS~3/VC98/INCLUDE/SGISTL;C:/PROGRA~1/MICROS~3/VC98/INCLUDE

    然后把markov_l.cpp与markov_d.cpp中的#include<iostream>改为#include<iostream.h>

    用cl /G6 /O2 /Og /GX /MT /Fev_d_sgi.exe markov_d.cpp 编译成功，这样又得到两个EXE文件：v_l_sgi.exe与v_d_sgi.exe，前者是markov_l.cpp编译生成的。下面是这两个EXE的平均执行时间：

     

    PII 300 with 64M RAM

    PII 350 with 128M RAM

    v_l_sgi

    1.375

    1.074

    v_d_sgi

    1.943

    1.597

    哇！比GNU C++本身还要快！当然这个简单的测试并不能证明SGI STL与VC6配合默契，有兴趣的朋友可以进一步测试。

    但事情在Borland C++ 5.5.1上就没这么顺利了，我试了好多方法，但程序都不能用SGI STL。有兴趣的朋友可以去www.stlport.org下载STLport 4.5来和Borland C++ 5.5.1配合使用，看看性能如何。

    据myan介绍：“Borland使用的是Rogue Wave STL其效率最差；Visual C++中的STL是著名大师P. J. Plauger的个人作品，性能较好，但其queue组件效率很差，慎用。”，这里可以补充一点是VC6的deque效率也很差，慎用。

     附记：我是北京师范大学的本科生，写这篇文章时(2001年10月2日)刚上大二，这是我作为一个C++初学者，在学习的过程中的一些心得体会，写在这里供和我一样的初学者参考。

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