C#的性能到底有多差？
这篇文章带领大家来看看c#的性能问题。当然了，作为比较的选手是c/c++。
首先说说测试环境：
操作系统：win7 旗舰版
内存：2GB
硬盘：160GB
处理器：Intel Pentium Dual CPU T2330 @ 1.60GHZ
本文打算基于以下几个方面讨论：
1.CPU使用情况；
2.内存使用情况；
3.基本类型的四则运算能力；
4.数学函数运算能力；
5.I/O操作能力；
6.数组运算能力；
7.异常处理能力；
8.STL vs FCL；
9.算法HeapSort；
10.矩阵乘；
11.嵌套for循环；
12.字符串连接。
接下来，我们一个一个详细地说：（注，测试程序都是直接运行编译后的exe）
1.CPU使用情况
在程序的整个运行过程中，两者的CPU占用情况都在50%上下浮动，算是不分上下。
2.内存使用情况
这里列一
组程序执行过程中我记录的数据：
c/c++：216kb，832kb，904kb，944kb，1336kb。
c#：1972kb，1980kb，2000kb，2372kb，3024kb，5156kb。
通过这组数据，不难发现，在内存使用方面c#可算是一败涂地。注：
希望有人能解释下c#为什么会出现这种一路飙升的情况呢？！
3.基本类型的四则运算能力
费话不多说了，上代码：（注，所有的图中时间单位均为毫秒ms）
c/c++的：
针对int的
1
double
intArithmetic(
">int
intMax)
2
{
3
double
elapsedTime;
4
clock_t stopTime;
5
int
intResult
=
1
;
6
int
i
=
1
;
7
8
clock_t startTime
=
clock();
9
while
(i
<
intMax)
10
{
11
intResult
-=
i
++
;
12
intResult
+=
i
++
;
13
intResult
*=
i
++
;
14
intResult
/=
i
++
;
15
}
16
stopTime
=
clock();
17
18
elapsedTime
=
(stopTime
-
startTime)
/
(CLOCKS_PER_SEC
/
(
double
)
1000.0
);
19
printf(
"
Int arithmetic elapsed time: %1.0f ms with intMax of %ld\n
"
, elapsedTime, intMax);
20
printf(
"
i: %d\n
"
, i);
21
printf(
"
intResult: %d\n
"
, intResult);
22
return
elapsedTime;
23
}
c#的：
针对int的
1
static
long
intArithmetic(
int
intMax)
2
{
3
long
elapsedMilliseconds;
4
int
intResult
=
1
;
5
int
i
=
0
;
6
7
stopwatch.Start();
8
while
(i
<
intMax)
9
{
10
intResult
-=
i
++
;
11
intResult
+=
i
++
;
12
intResult
*=
i
++
;
13
intResult
/=
i
++
;
14
}
15
elapsedMilliseconds
=
stopwatch.ElapsedMilliseconds;
16
stopwatch.Reset();
17
18
Console.WriteLine(
"
Int arithmetic elapsed time:
"
+
elapsedMilliseconds
+
19
"
ms with max of
"
+
intMax);
20
Console.WriteLine(
"
i:
"
+
i);
21
Console.WriteLine(
"
intResult:
"
+
intResult);
22
return
elapsedMilliseconds;
23
}
对比结果见下图：
c/c++的：
针对double的
1
double
doubleArithmetic(
double
doubleMin,
double
doubleMax)
2
{
3
double
elapsedTime;
4
clock_t stopTime;
5
clock_t startTime
=
clock();
6
7
double
doubleResult
=
doubleMin;
8
double
i
=
doubleMin;
9
while
(i
<
doubleMax)
10
{
11
doubleResult
-=
i
++
;
12
doubleResult
+=
i
++
;
13
doubleResult
*=
i
++
;
14
doubleResult
/=
i
++
;
15
}
16
17
stopTime
=
clock();
18
elapsedTime
=
(stopTime
-
startTime)
/
(CLOCKS_PER_SEC
/
(
double
)
1000.0
);
19
printf(
"
Double arithmetic elapsed time: %1.0f ms with doubleMin %.15f, doubleMax %.15f\n
"
, elapsedTime, doubleMin, doubleMax);
20
printf(
"
i: %f\n
"
, i);
21
printf(
"
doubleResult: %.15f\n
"
, doubleResult);
22
return
elapsedTime;
23
}
c#的：
针对double的
1
static
long
doubleArithmetic(
double
doubleMin,
double
doubleMax)
2
{
3
long
elapsedMilliseconds;
4
double
doubleResult
=
doubleMin;
5
double
i
=
doubleMin;
6
7
stopwatch.Start();
8
while
(i
<
doubleMax)
9
{
10
doubleResult
-=
i
++
;
11
doubleResult
+=
i
++
;
12
doubleResult
*=
i
++
;
13
doubleResult
/=
i
++
;
14
}
15
elapsedMilliseconds
=
stopwatch.ElapsedMilliseconds;
16
stopwatch.Reset();
17
18
Console.WriteLine(
"
Double arithmetic elapsed time:
"
+
elapsedMilliseconds
+
19
"
ms with min of
"
+
doubleMin
+
"
, max of
"
+
doubleMax);
20
Console.WriteLine(
"
i:
"
+
i);
21
Console.WriteLine(
"
doubleResult:
"
+
doubleResult);
22
return
elapsedMilliseconds;
23
}
对比结果见下图：
c/c++的：
针对long的
1
double
longArithmetic(
long
long
longMin,
long
long
longMax)
2
{
3
double
elapsedTime;
4
clock_t stopTime;
5
clock_t startTime
=
clock();
6
7
long
long
longResult
=
longMin;
8
long
long
i
=
longMin;
9
while
(i
<
longMax)
10
{
11
longResult
-=
i
++
;
12
longResult
+=
i
++
;
13
longResult
*=
i
++
;
14
longResult
/=
i
++
;
15
}
16
17
stopTime
=
clock();
18
elapsedTime
=
(stopTime
-
startTime)
/
(CLOCKS_PER_SEC
/
(
double
)
1000.0
);
19
printf(
"
Long arithmetic elapsed time: %1.0f ms with longMax %I64d\n
"
, elapsedTime, longMax);
20
printf(
"
i: %I64d\n
"
, i);
21
printf(
"
longResult: %I64d\n
"
, longResult);
22
return
elapsedTime;
23
}
c#的：
针对long的
1
static
long
longArithmetic(
long
intMin,
long
intMax)
2
{
3
long
elapsedMilliseconds;
4
long
intResult
=
intMin;
5
long
i
=
intMin;
6
7
stopwatch.Start();
8
while
(i
<
intMax)
9
{
10
intResult
-=
i
++
;
11
intResult
+=
i
++
;
12
intResult
*=
i
++
;
13
intResult
/=
i
++
;
14
}
15
elapsedMilliseconds
=
stopwatch.ElapsedMilliseconds;
16
stopwatch.Reset();
17
18
Console.WriteLine(
"
long arithmetic elapsed time:
"
+
elapsedMilliseconds
+
19
"
ms with min of
"
+
intMin
+
"
, max of
"
+
intMax);
20
Console.WriteLine(
"
i:
"
+
i);
21
Console.WriteLine(
"
intResult:
"
+
intResult);
22
return
elapsedMilliseconds;
23
}
对比结果见下图：
通过以上数据，发现两者对基本数据类型的操作性能差不多，属于同一个数量级。
同时，注意到，c#针对int型的性能要优于c/c++。
4.数学函数的运算能力
c/c++的：
常用数学函数
1
double
trig(
double
trigMax)
2
{
3
double
elapsedTime;
4
clock_t stopTime;
5
clock_t startTime
=
clock();
6
7
double
sine;
8
double
cosine;
9
double
tangent;
10
double
logarithm;
11
double
squareRoot;
12
13
double
i
=
0.0
;
14
while
(i
<
trigMax)
15
{
16
sine
=
sin(i);
17
cosine
=
cos(i);
18
tangent
=
tan(i);
19
logarithm
=
log10(i);
20
squareRoot
=
sqrt(i);
21
i
++
;
22
}
23
24
stopTime
=
clock();
25
elapsedTime
=
(stopTime
-
startTime)
/
(CLOCKS_PER_SEC
/
(
double
)
1000.0
);
26
printf(
"
Trig elapsed time: %1.0f ms with max of %1.0f\n
"
, elapsedTime, trigMax);
27
printf(
"
i: %f\n
"
, i);
28
printf(
"
sine: %.15f\n
"
, sine);
29
printf(
"
cosine: %.15f\n
"
, cosine);
30
printf(
"
tangent: %.15f\n
"
, tangent);
31
printf(
"
logarithm: %.15f\n
"
, logarithm);
32
printf(
"
squareRoot: %.15f\n
"
, squareRoot);
33
return
elapsedTime;
34
}
c#的：
常用数学函数
1
static
long
trig(
double
trigMax)
2
{
3
long
elapsedMilliseconds;
4
5
double
sine
=
0.0D
;
6
double
cosine
=
0.0D
;
7
double
tangent
=
0.0D
;
8
double
logarithm
=
0.0D
;
9
double
squareRoot
=
0.0D
;
10
double
i
=
0.0D
;
11
12
stopwatch.Start();
13
while
(i
<
trigMax)
14
{
15
sine
=
Math.Sin(i);
16
cosine
=
Math.Cos(i);
17
tangent
=
Math.Tan(i);
18
logarithm
=
Math.Log10(i);
19
squareRoot
=
Math.Sqrt(i);
20
i
++
;
21
}
22
elapsedMilliseconds
=
stopwatch.ElapsedMilliseconds;
23
stopwatch.Reset();
24
25
Console.WriteLine(
"
Trig elapsed time:
"
+
elapsedMilliseconds
+
26
"
ms with max of
"
+
trigMax);
27
Console.WriteLine(
"
i:
"
+
i);
28
Console.WriteLine(
"
sine:
"
+
sine);
29
Console.WriteLine(
"
cosine:
"
+
cosine);
30
Console.WriteLine(
"
tangent:
"
+
tangent);
31
Console.WriteLine(
"
logarithm:
"
+
logarithm);
32
Console.WriteLine(
"
squareRoot:
"
+
squareRoot);
33
return
elapsedMilliseconds;
34
}
对比结果如下图：
通过数据，我们发现c#在计算sin、cos、tan、log、sqrt等数学函数方面
明显
优于c/c++。大家以后注意了哦……
写文件、读文件
写文件、读文件
数组基本操作
数组基本操作
5.I/O操作能力
c/c++的：
写文件、读文件
1
double
io(
int
ioMax)
2
{
3
double
elapsedTime;
4
clock_t stopTime;
5
clock_t startTime
=
clock();
6
7
FILE
*
stream;
8
stream
=
fopen(
"
F:\\TestC.txt
"
,
"
w
"
);
9
int
i
=
0
;
10
while
(i
++
<
ioMax)
11
{
12
fputs(
"
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890abcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890abcdefgh\n
"
, stream);
13
}
14
fclose(stream);
15
16
char
readLine[
100
];
17
stream
=
fopen(
"
F:\\TestC.txt
"
,
"
r
"
);
18
i
=
0
;
19
while
(i
++
<
ioMax)
20
{
21
fgets(readLine,
100
, stream);
22
}
23
fclose(stream);
24
25
stopTime
=
clock();
26
elapsedTime
=
(stopTime
-
startTime)
/
(CLOCKS_PER_SEC
/
(
double
)
1000.0
);
27
printf(
"
I/O elapsed time: %1.0f ms with max of %ld\n
"
, elapsedTime, ioMax);
28
printf(
"
i: %d\n
"
, i);
29
printf(
"
readLine: %s\n
"
, readLine);
30
31
return
elapsedTime;
32
}
c#的：
写文件、读文件
1
static
long
io(
int
ioMax)
2
{
3
long
elapsedMilliseconds;
4
5
String fileName
=
"
F:\\TestCSharp.txt
"
;
6
String textLine
=
"
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890abcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890abcdefgh
"
;
7
int
i
=
0
;
8
String myLine
=
""
;
9
10
stopwatch.Start();
11
try
12
{
13
StreamWriter streamWriter
=
new
StreamWriter(fileName);
14
while
(i
++
<
ioMax)
15
{
16
streamWriter.WriteLine(textLine);
17
}
18
streamWriter.Close();
19
20
i
=
0
;
21
StreamReader streamReader
=
new
StreamReader(fileName);
22
while
(i
++
<
ioMax)
23
{
24
myLine
=
streamReader.ReadLine();
25
}
26
}
27
catch
(IOException e)
28
{
29
System.Console.Write(e.Message);
30
}
31
32
33
elapsedMilliseconds
=
stopwatch.ElapsedMilliseconds;
34
stopwatch.Reset();
35
36
Console.WriteLine(
"
IO elapsed time:
"
+
elapsedMilliseconds
+
37
"
ms with max of
"
+
ioMax);
38
Console.WriteLine(
"
i:
"
+
i);
39
Console.WriteLine(
"
myLine:
"
+
myLine);
40
return
elapsedMilliseconds;
41
}
对比结果见下图：
通过数据，我们发现c#的性能略优于c/c++。
6.数组运算能力
c/c++的：
数组基本操作
1
double
array(
int
n)
2
{
3
int
i, k,
*
x,
*
y;
4
5
double
elapsedTime;
6
clock_t stopTime;
7
clock_t startTime
=
clock();
8
x
=
new
int
[n];
9
y
=
new
int
[n];
10
11
for
(i
=
0
; i
<
n; i
++
) {
12
x[i]
=
i
+
1
;
13
y[i]
=
0
;
14
}
15
for
(k
=
0
; k
<
1000
; k
++
) {
16
for
(i
=
n
-
1
; i
>=
0
; i
--
) {
17
y[i]
+=
x[i];
18
}
19
}
20
21
stopTime
=
clock();
22
elapsedTime
=
(stopTime
-
startTime)
/
(CLOCKS_PER_SEC
/
(
double
)
1000.0
);
23
printf(
"
array elapsed time: %1.0f ms - %ld %ld\n
"
, elapsedTime, y[
0
], y[n
-
1
]);
24
25
delete[] x;
26
delete[] y;
27
28
return
elapsedTime;
29
}
c#的：
数组基本操作
1
static
long
array(
int
n)
2
{
3
long
elapsedMilliseconds;
4
int
i, j, k;
5
int
[] x;
6
int
[] y;
7
8
stopwatch.Start();
9
if
(n
<
1
) n
=
1
;
10
11
x
=
new
int
[n];
12
y
=
new
int
[n];
13
14
for
(i
=
0
; i
<
n; i
++
)
15
{
16
x[i]
=
i
+
1
;
17
y[i]
=
0
;
18
}
19
for
(k
=
0
; k
<
1000
; k
++
)
20
for
(j
=
n
-
1
; j
>=
0
; j
--
)
21
y[j]
+=
x[j];
22
23
elapsedMilliseconds
=
stopwatch.ElapsedMilliseconds;
24
stopwatch.Reset();
25
26
Console.WriteLine(
"
Array elapsed time:
"
+
elapsedMilliseconds
+
"
ms -
"
+
y[
0
].ToString()
+
"
"
+
y[n
-
1
].ToString());
27
return
elapsedMilliseconds;
28
}
对比结果见下图：
通过数据发现，在数组基本操作方面c#较弱（大家都能知道为什么！）。
7.异常处理能力
由于这部分代码稍多，所以就不在这贴了，一多后台就崩溃了（在写这篇文章其间博客园后台不知崩溃了n次，对此很无语……）。
后面会给出所有源码的下载地址。
对比结果见下图：
通过数据，发现c/c++在这方面远胜于c#，可是大家不要就此止步，再想想为什么。注：
可参考Jeffrey Richter的CLR via C#中有关异常的讨论。
8.STL vs FCL
郁闷啊！不知道为什么，一提交网站不停地崩溃，我写的东西不停地全没。没有办法，代码就不贴了。直接上结果。
这里，通过map<T1,T2>和Dictionary<T1,T2>的两组对比和一组Vector<T>和List<T>的对比。
第一组对比结果见下图：
这里涉及到的基本操作包括，插入和测试key是否存在。通过数据，发现c#的Dictionary<T1,T2>
的性能远远优于c/c++（10倍有余）。
第二组对比结果见下图：
通过数据发现c#版的字典性能远优于c/c++中的。
Vector<T>和List<T>的对比结果见下图：
通过数据发现两者性能不相上下。
9.算法HeapSort
对比结果见下图：
通过数据发现，c/c++要优于c#（看代码发现罪魁祸首在于数组操作）。
10.矩阵乘
对比结果见下图：
通过数据发现，c/c++的性能几乎是c#的两倍。截止到目前，我们应该知道
c#在数组、矩阵操作方面是个弱项（为什么？）。大家在以后的工作学习中要学会
扬长避短哦……
11.嵌套for循环
对比结果见下图：
通过数据发现，c#略差于c/c++。
12.字符串连接
大家都知道，字符串连接是个耗时的操作，现在让我们来看看两者的表现，对比结果见下图：
令人意外的是，c#在这方面的性能要优于c/c++（几乎2倍有余）。
13.总和对比
这里的总和指的是前面所有项的时间加和，对比结果见下图：
通过数据发现，在一般的应用中c#的性能能达到c/c++的70%-80%。
作为托管代码来说这已经很不错了，你说呢？
总结
写了这么多了，也许有人要问我了，你到底想说什么呢？其实，作为语言，我们要懂得什么情况下用哪个。我的观点是，
精通一门，熟悉或了解另一门。怎么说呢？如果您已经工作了，那么很容易做决定，您工作中不停要用到的语言自然是您
应该精通的了。如果您和我一样还是学生的话，那也很好办，凭自己的喜好呗，但不要太过执着于语言本身。比如说我，
花了大量时间在c#上，今年暑假要去公司实习（大半会用到c++），所以你也要了解c++，不是吗？
现在的社会，一切都讲求速度。特别是在软件行业更是如此。软件不仅要求运行速度，很多时候更多的是开发速度，而且是第一个
遇到的问题。不是有哪位大牛说过嘛，先让它run起来，再让它run地更快。结合上面的形式，一个项目中即需要懂c#的也需要懂c++的。
下面的建议摘自别人的博客原文：
Except for writing time-critical blocks of code, prefer C#. Write all your algorithmic code in C++ (not VC++ .NET), compile it into a dll and call that using a Dll Interop through C#. This should balance the performance. This technique is not new or not invented by me or anyone. It's similar the old age C programming vs Assembly, where people on one camp fight assembly programming is faster and the other camp stating C is easier to develop and then people started using assembly embedded within a C program for time-critical applications using an asm block.
History repeats...!
在一个真正的软件项目中我们要做到开发速度与运行速度的折中。另外，建议大家看一下《Framework Design Guidelines, Conventions,Idioms,and Patterns
for Reusable .NET Libraries》，这本书深刻阐述了.NET的设计过程，其认真程度（包括一个命名）令人折服。
参考
- http://www.tommti-systems.de/go.html?http://www.tommti-systems.de/main-Dateien/reviews/languages/benchmarks.html
- http://www.codeproject.com/KB/cs/CSharpVsCPP.aspx
- http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms173196(VS.80).aspx
- http://dotnet.sys-con.com/node/46342
- http://www.techgalaxy.net/Docs/Dev/5ways.htm
注：本文基本上基于参考1写成。有兴趣的读者点击这里下载源代码。