明明威-W64：<cstdio>中的慢冲刺

Question

<cstdio>标头在C++中是否只包含与<stdio.h>相同的函数，但放在std命名空间中？

在用mingw-w64编译的程序中，我遇到了奇怪的效率问题，这比在linux上慢了十多倍。经过一些测试后，我发现问题出在sprintf中。

然后我做了以下测试：

#include <stdio.h>
// #include <cstdio>
// using std::sprintf;

int main () {
  int i;
  for (i = 0; i < 500000; i++){
    char x[100];
    sprintf(x, "x%dx%dx", i, i<<2);
  }
}

使用<stdio.h>编译时，它比使用<cstdio>快15倍。以下是时间安排：

$ time ./stdio

real    0m0.557s
user    0m0.046s
sys     0m0.046s

$ time ./cstdio

real    0m7.465s
user    0m0.031s
sys     0m0.077s

$ g++ --version
g++.exe (rubenvb-4.8-stdthread) 4.8.1 20130324 (prerelease)
Copyright (C) 2013 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

UPDATE 1：我进一步使用不同的混合W64构建(rubenvb、drangon和mingw-)计时，发现所有32位版本都使用<cstdio>计时4.x秒和64位版本7.x~8.x秒。所有使用<stdio.h>的版本的时间都在0.4~0.6秒之间。

更新2：我分解了gdb中的主要函数，发现只有一行不同：<stdio.h>版本调用callq 0x4077c0 <sprintf>，而<cstdio>版本调用callq 0x407990 <_Z7sprintfPcPKcz>。

sprintf包含：

0x00000000004077c0 <+0>: jmpq   *0x7c6e(%rip) # 0x40f434 <__imp_sprintf>
0x00000000004077c6 <+6>: nop
0x00000000004077c7 <+7>: nop

在__imp_sprintf之后，我到达了msvcrt.dll内部的sprinf。

_Z7sprintfPcPKcz包含一些混合代码：

0x0000000000407990 <+0>:     push   %rbp
0x0000000000407991 <+1>:     push   %rbx
0x0000000000407992 <+2>:     sub    $0x38,%rsp
0x0000000000407996 <+6>:     lea    0x80(%rsp),%rbp
0x000000000040799e <+14>:    mov    %rcx,-0x30(%rbp)
0x00000000004079a2 <+18>:    mov    %r8,-0x20(%rbp)
0x00000000004079a6 <+22>:    mov    %r9,-0x18(%rbp)
0x00000000004079aa <+26>:    mov    %rdx,-0x28(%rbp)
0x00000000004079ae <+30>:    lea    -0x20(%rbp),%rax
0x00000000004079b2 <+34>:    mov    %rax,-0x58(%rbp)
0x00000000004079b6 <+38>:    mov    -0x58(%rbp),%rdx
0x00000000004079ba <+42>:    mov    -0x28(%rbp),%rax
0x00000000004079be <+46>:    mov    %rdx,%r8
0x00000000004079c1 <+49>:    mov    %rax,%rdx
0x00000000004079c4 <+52>:    mov    -0x30(%rbp),%rcx
0x00000000004079c8 <+56>:    callq  0x402c40 <__mingw_vsprintf>
0x00000000004079cd <+61>:    mov    %eax,%ebx
0x00000000004079cf <+63>:    mov    %ebx,%eax
0x00000000004079d1 <+65>:    add    $0x38,%rsp
0x00000000004079d5 <+69>:    pop    %rbx
0x00000000004079d6 <+70>:    pop    %rbp

为什么cstdio要使用不同的(慢得多的)函数？

Answer 1

libstdc++确实在构建过程中定义了__USE_MINGW_ANSI_STDIO (config/os/mingw32-w64/os_defines.h)，这将打开sprintf包装器。正如@Michael所指出的，这些包装器的存在是为了实现C99/GNU99兼容性。

您的测试没有定义__USE_MINGW_ANSI_STDIO，因此您将无法使用stdio.h获得包装器。但是，由于它是在构建libstdc++时定义的，所以您可以使用cstdio获得它。但是，如果您在包含stdio.h之前自己定义它，那么您将再次获得包装器。

因此，您确实得到了不同的实现，而且cstdio std::sprintf不一定与stdio.h sprintf相同，至少在混合方面并非如此。

这是一个测试。首先，来文提交人：

#ifdef USE_STDIO
  #include <stdio.h>
#else
  #include <cstdio>
  using std::sprintf;
#endif

int main () {
  int i;
  for (i = 0; i < 500000; i++){
    char x[100];
    sprintf(x, "x%dx%dx", i, i<<2);
  }
}

结果：

$ g++ -o test_cstdio.exe test.cc
$ g++ -o test_stdio.exe -DUSE_STDIO test.cc
$ g++ -o test_stdio_wrap.exe -DUSE_STDIO -D__USE_MINGW_ANSI_STDIO test.cc

$ for x in test_*.exe; do ( echo $x; objdump -d $x | grep sprintf; echo ); done
test_cstdio.exe
  40154a:   e8 41 64 00 00          callq  407990 <_Z7sprintfPcPKcz>
0000000000402c40 <__mingw_vsprintf>:
0000000000407990 <_Z7sprintfPcPKcz>:
  4079c8:   e8 73 b2 ff ff          callq  402c40 <__mingw_vsprintf>

test_stdio.exe
  40154a:   e8 71 62 00 00          callq  4077c0 <sprintf>
00000000004077c0 <sprintf>:
  4077c0:   ff 25 6e 6c 00 00       jmpq   *0x6c6e(%rip)        # 40e434 <__imp_sprintf>

test_stdio_wrap.exe
  40154a:   e8 41 64 00 00          callq  407990 <_Z7sprintfPcPKcz>
0000000000402c40 <__mingw_vsprintf>:
0000000000407990 <_Z7sprintfPcPKcz>:
  4079c8:   e8 73 b2 ff ff          callq  402c40 <__mingw_vsprintf>