出于某种原因，我想对 glibc 的 strlen 函数进行基准测试，发现在 GCC 和我不知道为什么。
这是我的代码:
#include <time.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main() {
char *s = calloc(1 << 20, 1);
memset(s, 65, 1000000);
clock_t start = clock();
for (int i = 0; i < 128; ++i) {
s[strlen(s)] = 'A';
}
clock_t end = clock();
printf("%lld\n", (long long)(end - start));
return 0;
}
在我的机器上输出:
$ gcc test.c && ./a.out
13336
$ gcc -O1 test.c && ./a.out
199004
$ gcc -O2 test.c && ./a.out
83415
$ gcc -O3 test.c && ./a.out
83415
不知何故，启用优化会导致它执行更长时间。
最佳答案
在 Godbolt's Compiler Explorer 上测试您的代码提供了这样的解释:
- 在
-O0或者没有优化，生成的代码调用 C 库函数strlen; - 在
-O1生成的代码使用rep scasb进行简单的内联扩展指导； - 在
-O2及以上，生成的代码使用了更精细的内联扩展。
反复对您的代码进行基准测试显示从一次运行到另一次运行有很大的变化，但是增加迭代次数表明:
-O1代码比 C 库实现慢得多:32240对比3090-O2代码比-O1快但仍然比 C 库代码慢得多:8570对比3090.
此行为特定于 gcc和 GNU libc。使用 clang 在 OS/X 上进行相同的测试和 Apple 的 Libc 没有显示出显着差异，这并不奇怪，因为 Godbolt 显示 clang生成对 C 库的调用 strlen在所有优化级别。
这可以被认为是 gcc/glibc 中的错误，但更广泛的基准测试可能表明调用 strlen 的开销比小字符串的内联代码性能不足更重要的影响。基准测试中的字符串异常大，因此将基准测试重点放在超长字符串上可能不会产生有意义的结果。
我改进了这个基准并测试了各种字符串长度。从在 Intel(R) Core(TM) i3-2100 CPU @ 3.10GHz 上运行 gcc (Debian 4.7.2-5) 4.7.2 的 linux 基准测试来看，-O1 生成的内联代码总是较慢，对于中等长度的字符串，慢了 10 倍，而 -O2仅比 libc strlen 快一点对于非常短的字符串，对于较长的字符串，速度减半。从这些数据中，strlen 的 GNU C 库版本对于大多数字符串长度来说是非常有效的，至少在我的特定硬件上是这样。另请记住，缓存对基准测量有重大影响。
这是更新后的代码:
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
void benchmark(int repeat, int minlen, int maxlen) {
char *s = malloc(maxlen + 1);
memset(s, 'A', minlen);
long long bytes = 0, calls = 0;
clock_t clk = clock();
for (int n = 0; n < repeat; n++) {
for (int i = minlen; i < maxlen; ++i) {
bytes += i + 1;
calls += 1;
s[i] = '\0';
s[strlen(s)] = 'A';
}
}
clk = clock() - clk;
free(s);
double avglen = (minlen + maxlen - 1) / 2.0;
double ns = (double)clk * 1e9 / CLOCKS_PER_SEC;
printf("average length %7.0f -> avg time: %7.3f ns/byte, %7.3f ns/call\n",
avglen, ns / bytes, ns / calls);
}
int main() {
benchmark(10000000, 0, 1);
benchmark(1000000, 0, 10);
benchmark(1000000, 5, 15);
benchmark(100000, 0, 100);
benchmark(100000, 50, 150);
benchmark(10000, 0, 1000);
benchmark(10000, 500, 1500);
benchmark(1000, 0, 10000);
benchmark(1000, 5000, 15000);
benchmark(100, 1000000 - 50, 1000000 + 50);
return 0;
}
这是输出:
chqrlie> gcc -std=c99 -O0 benchstrlen.c && ./a.out average length 0 -> avg time: 14.000 ns/byte, 14.000 ns/call average length 4 -> avg time: 2.364 ns/byte, 13.000 ns/call average length 10 -> avg time: 1.238 ns/byte, 13.000 ns/call average length 50 -> avg time: 0.317 ns/byte, 16.000 ns/call average length 100 -> avg time: 0.169 ns/byte, 17.000 ns/call average length 500 -> avg time: 0.074 ns/byte, 37.000 ns/call average length 1000 -> avg time: 0.068 ns/byte, 68.000 ns/call average length 5000 -> avg time: 0.064 ns/byte, 318.000 ns/call average length 10000 -> avg time: 0.062 ns/byte, 622.000 ns/call average length 1000000 -> avg time: 0.062 ns/byte, 62000.000 ns/call chqrlie> gcc -std=c99 -O1 benchstrlen.c && ./a.out average length 0 -> avg time: 20.000 ns/byte, 20.000 ns/call average length 4 -> avg time: 3.818 ns/byte, 21.000 ns/call average length 10 -> avg time: 2.190 ns/byte, 23.000 ns/call average length 50 -> avg time: 0.990 ns/byte, 50.000 ns/call average length 100 -> avg time: 0.816 ns/byte, 82.000 ns/call average length 500 -> avg time: 0.679 ns/byte, 340.000 ns/call average length 1000 -> avg time: 0.664 ns/byte, 664.000 ns/call average length 5000 -> avg time: 0.651 ns/byte, 3254.000 ns/call average length 10000 -> avg time: 0.649 ns/byte, 6491.000 ns/call average length 1000000 -> avg time: 0.648 ns/byte, 648000.000 ns/call chqrlie> gcc -std=c99 -O2 benchstrlen.c && ./a.out average length 0 -> avg time: 10.000 ns/byte, 10.000 ns/call average length 4 -> avg time: 2.000 ns/byte, 11.000 ns/call average length 10 -> avg time: 1.048 ns/byte, 11.000 ns/call average length 50 -> avg time: 0.337 ns/byte, 17.000 ns/call average length 100 -> avg time: 0.299 ns/byte, 30.000 ns/call average length 500 -> avg time: 0.202 ns/byte, 101.000 ns/call average length 1000 -> avg time: 0.188 ns/byte, 188.000 ns/call average length 5000 -> avg time: 0.174 ns/byte, 868.000 ns/call average length 10000 -> avg time: 0.172 ns/byte, 1716.000 ns/call average length 1000000 -> avg time: 0.172 ns/byte, 172000.000 ns/call
关于c - 为什么在启用 GCC 优化的情况下，这段代码使用 strlen 的速度要慢 6.5 倍？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/55563598/