C++输入性能

Question

我在试着解决InterviewStreet上的一个问题。过了一段时间后，我确定我实际上花费了大部分时间来阅读输入。这个特定的问题有很多输入，所以这是有意义的。不合理的是为什么不同的输入方法会有如此不同的性能：

最初我有：

std::string command;
std::cin >> command;

替换它会让它变得更快：

char command[5];
cin.ignore();
cin.read(command, 5);

重写所有内容以使用scanf使其速度更快

char command;
scanf("get_%c", &command);

总而言之，我将阅读输入的时间减少了大约1/3。

我想知道这些不同的方法在性能上有这么大的差异。此外，我想知道为什么使用gprof没有突出我在I/O上花费的时间，而是似乎将责任指向我的算法。

Answer 1

这些例程有很大的差异，因为控制台输入速度几乎不重要。

而且在它需要的地方(Unix shell)，代码是用C语言编写的，直接从标准输入设备读取，而且效率很高。

Answer 2

冒着被否决的风险，I/O流通常比它们的C对应物更慢、更大。这不是避免在许多目的中使用它们的理由，因为它们更安全(曾经遇到过scanf或printf错误吗？不是很友好)和更通用的(例如:重载插入操作符，允许您输出用户定义的类型)。但我也要说，这不是在对性能非常关键的代码中教条式地使用它们的理由。

不过，我确实发现结果有点令人惊讶。在你列出的三个中，我怀疑这是最快的：

char command[5];
cin.ignore();
cin.read(command, 5);

原因:不需要内存分配，直接读取字符缓冲区。下面的C示例也是如此，但是调用scanf来重复读取单个字符也不是最优的，即使在概念级别上也是如此，因为scanf必须解析每次传入的格式字符串。我会对你的I/O代码的细节感兴趣，因为当scanf调用读取单个字符被证明是最快的时候，发生错误的可能性是合理的。我只是想问一下，并没有冒犯的意思，但是代码真的编译并链接了优化吗？

现在来看你的第一个例子：

std::string command;
std::cin >> command;

我们可以预期这会比最优的慢得多，因为你正在使用一个可变大小的容器(std::string)，这将不得不涉及到一些堆分配来读取所需的缓冲区。当涉及到堆栈与堆的问题时，堆栈总是要快得多，所以如果您可以预测在特定情况下所需的最大缓冲区大小，堆栈上的一个简单的字符缓冲区将击败std::string进行输入(即使您使用了reserve)。这同样适用于堆栈上的数组，而不是std::vector，但这些容器最适合于无法预先预测大小的情况。其中std::string可能更快的情况是，人们可能会尝试重复调用strlen，而存储和维护一个size变量会更好。

至于gprof的细节，它应该强调这些问题。您是否正在查看完整的调用图，而不是平面配置文件？当然，在这种情况下，扁平轮廓可能会产生误导。我必须了解更多关于如何使用gprof的细节才能给出更好的答案。

Answer 3

gprof仅在CPU时间内采样，而不在阻塞时间内采样。因此，一个程序可能花一个小时做I/O，花一个微秒做计算和gprof will only see the microsecond。

由于某些原因，这一点并不为人所知。