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：

double intArithmetic(">int intMax)
{
    double elapsedTime;
    clock_t stopTime;
    int intResult = 1;
    int i = 1;

    clock_t startTime = clock();
    while (i < intMax)
    {
        intResult -= i++;
        intResult += i++;
        intResult *= i++;
        intResult /= i++;
    }
    stopTime = clock();

    elapsedTime = (stopTime - startTime) / (CLOCKS_PER_SEC / (double) 1000.0);
    printf("Int arithmetic elapsed time: %1.0f ms with intMax of %ld\n", elapsedTime, intMax);
    printf(" i: %d\n", i);
    printf(" intResult: %d\n", intResult);
    return elapsedTime;
}

c#的：

static long intArithmetic(int intMax)
        {
            long elapsedMilliseconds;
            int intResult = 1;
            int i = 0;

            stopwatch.Start();
            while (i < intMax)
            {
                intResult -= i++;
                intResult += i++;
                intResult *= i++;
                intResult /= i++;
            }
            elapsedMilliseconds = stopwatch.ElapsedMilliseconds;
            stopwatch.Reset();

            Console.WriteLine("Int arithmetic elapsed time: " + elapsedMilliseconds + 
                " ms with max of " + intMax);
            Console.WriteLine(" i: " + i);
            Console.WriteLine(" intResult: " + intResult);
            return elapsedMilliseconds;
        }

对比结果见下图：

c/c++的：

double doubleArithmetic(double doubleMin, double doubleMax)
{
    double elapsedTime;
    clock_t stopTime;
    clock_t startTime = clock();

    double doubleResult = doubleMin;
    double i = doubleMin;
    while (i < doubleMax)
    {
        doubleResult -= i++;
        doubleResult += i++;
        doubleResult *= i++;
        doubleResult /= i++;
    }

    stopTime = clock();
    elapsedTime = (stopTime - startTime) / (CLOCKS_PER_SEC / (double) 1000.0);
    printf("Double arithmetic elapsed time: %1.0f ms with doubleMin %.15f, doubleMax %.15f\n", elapsedTime, doubleMin, doubleMax);
    printf(" i: %f\n", i);
    printf(" doubleResult: %.15f\n", doubleResult);
    return elapsedTime;
}

c#的：

static long doubleArithmetic(double doubleMin, double doubleMax)
        {
            long elapsedMilliseconds;
            double doubleResult = doubleMin;
            double i = doubleMin;

            stopwatch.Start();
            while (i < doubleMax)
            {
                doubleResult -= i++;
                doubleResult += i++;
                doubleResult *= i++;
                doubleResult /= i++;
            }
            elapsedMilliseconds = stopwatch.ElapsedMilliseconds;
            stopwatch.Reset();
        
            Console.WriteLine("Double arithmetic elapsed time: " + elapsedMilliseconds + 
                " ms with min of " + doubleMin + ", max of " + doubleMax);
            Console.WriteLine(" i: " + i);
            Console.WriteLine(" doubleResult: " + doubleResult);
            return elapsedMilliseconds;
        }

对比结果见下图：

c/c++的：

double longArithmetic(long long longMin, long long longMax)
{
    double elapsedTime;
    clock_t stopTime;
    clock_t startTime = clock();

    long long longResult = longMin;
    long long i = longMin;
    while (i < longMax)
    {
        longResult -= i++;
        longResult += i++;
        longResult *= i++;
        longResult /= i++;
    }

    stopTime = clock();
    elapsedTime = (stopTime - startTime) / (CLOCKS_PER_SEC / (double) 1000.0);
    printf("Long arithmetic elapsed time: %1.0f ms with longMax %I64d\n", elapsedTime, longMax);
    printf(" i: %I64d\n", i);
    printf(" longResult: %I64d\n", longResult);
    return elapsedTime;
}

c#的：

static long longArithmetic(long intMin, long intMax)
        {
            long elapsedMilliseconds;
            long intResult = intMin;
            long i = intMin;

            stopwatch.Start();
            while (i < intMax)
            {
                intResult -= i++;
                intResult += i++;
                intResult *= i++;
                intResult /= i++;
            }
            elapsedMilliseconds = stopwatch.ElapsedMilliseconds;
            stopwatch.Reset();
        
            Console.WriteLine("long arithmetic elapsed time: " + elapsedMilliseconds + 
                " ms with min of " + intMin + ", max of " + intMax);
            Console.WriteLine(" i: " + i);
            Console.WriteLine(" intResult: " + intResult);
            return elapsedMilliseconds;
        }

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：

double trig(double trigMax)
{
    double elapsedTime;
    clock_t stopTime;
    clock_t startTime = clock();

    double sine;
    double cosine;
    double tangent;
    double logarithm;
    double squareRoot;

    double i = 0.0;
    while (i < trigMax)
    {
        sine = sin(i);
        cosine = cos(i);
        tangent = tan(i);
        logarithm = log10(i);
        squareRoot = sqrt(i);
        i++;
    }

    stopTime = clock();
    elapsedTime = (stopTime - startTime) / (CLOCKS_PER_SEC / (double) 1000.0);
    printf("Trig elapsed time: %1.0f ms with max of %1.0f\n", elapsedTime, trigMax);
    printf(" i: %f\n", i);
    printf(" sine: %.15f\n", sine);
    printf(" cosine: %.15f\n", cosine);
    printf(" tangent: %.15f\n", tangent);
    printf(" logarithm: %.15f\n", logarithm);
    printf(" squareRoot: %.15f\n", squareRoot);
    return elapsedTime;
}

c#的：

static long trig(double trigMax)
        {
            long elapsedMilliseconds;
        
            double sine = 0.0D;
            double cosine = 0.0D;
            double tangent = 0.0D;
            double logarithm = 0.0D;
            double squareRoot = 0.0D;        
            double i = 0.0D;

            stopwatch.Start();
            while(i < trigMax)
            {
                sine = Math.Sin(i);
                cosine = Math.Cos(i);
                tangent = Math.Tan(i);
                logarithm = Math.Log10(i);
                squareRoot = Math.Sqrt(i);
                i++;
            }
            elapsedMilliseconds = stopwatch.ElapsedMilliseconds;
            stopwatch.Reset();
        
            Console.WriteLine("Trig elapsed time: " + elapsedMilliseconds + 
                " ms with max of " + trigMax);
            Console.WriteLine(" i: " + i);
            Console.WriteLine(" sine: " + sine);
            Console.WriteLine(" cosine: " + cosine);
            Console.WriteLine(" tangent: " + tangent);
            Console.WriteLine(" logarithm: " + logarithm);
            Console.WriteLine(" squareRoot: " + squareRoot);
            return elapsedMilliseconds;
        }

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……

5.I/O操作能力

c/c++的：

double io(int ioMax)
{
    double elapsedTime;
    clock_t stopTime;
    clock_t startTime = clock();

    FILE *stream;
    stream = fopen("F:\\TestC.txt", "w");
    int i = 0;
    while (i++ < ioMax)
    {
        fputs("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890abcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890abcdefgh\n", stream);
    }
    fclose(stream);

    char readLine[100];
    stream = fopen("F:\\TestC.txt", "r");
    i = 0;
    while (i++ < ioMax)
    {
        fgets(readLine, 100, stream);
    }
    fclose(stream);

    stopTime = clock();
    elapsedTime = (stopTime - startTime) / (CLOCKS_PER_SEC / (double) 1000.0);
    printf("I/O elapsed time: %1.0f ms with max of %ld\n", elapsedTime, ioMax);
    printf(" i: %d\n", i);
    printf(" readLine: %s\n", readLine);

    return elapsedTime;
}

c#的：

static long io(int ioMax)
        {
            long elapsedMilliseconds;
        
            String fileName = "F:\\TestCSharp.txt";
            String textLine = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890abcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890abcdefgh";
            int i = 0;
            String myLine = "";

            stopwatch.Start();
            try
            {    
                StreamWriter streamWriter = new StreamWriter(fileName);
                while (i++ < ioMax)
                {
                    streamWriter.WriteLine(textLine);
                }
                streamWriter.Close();

                i = 0;
                StreamReader streamReader = new StreamReader(fileName);
                while (i++ < ioMax) 
                {
                    myLine = streamReader.ReadLine();
                }
            }
            catch (IOException e)
            {
                System.Console.Write(e.Message);
            }


            elapsedMilliseconds = stopwatch.ElapsedMilliseconds;
            stopwatch.Reset();
                
            Console.WriteLine("IO elapsed time: " + elapsedMilliseconds + 
                " ms with max of " + ioMax);
            Console.WriteLine(" i: " + i);
            Console.WriteLine(" myLine: " + myLine);
            return elapsedMilliseconds;
        }

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：

double array(int n)
{
    int i, k, *x, *y;

    double elapsedTime;
    clock_t stopTime;
    clock_t startTime = clock();
    x = new int[n];
    y = new int[n];

    for (i = 0; i < n; i++) {
    x[i] = i + 1;
    y[i] = 0;
    }
    for (k=0; k<1000; k++) {
    for (i = n-1; i >= 0; i--) {
        y[i] += x[i];
    }
    }

    stopTime = clock();
    elapsedTime = (stopTime - startTime) / (CLOCKS_PER_SEC / (double) 1000.0);
    printf("array elapsed time: %1.0f ms - %ld %ld\n", elapsedTime, y[0], y[n-1]);

    delete[] x;
    delete[] y;

    return elapsedTime;
}

c#的：

static long array(int n)
        {        
            long elapsedMilliseconds;
            int i, j, k;
            int[] x;
            int[] y;

            stopwatch.Start();
            if(n < 1) n = 1;
        
            x = new int[n];
            y = new int[n];
        
            for (i = 0; i < n; i++)
            {
                x[i] = i + 1;
                y[i] = 0;
            }
            for (k = 0; k < 1000; k++ )
                for (j = n-1; j >= 0; j--)
                    y[j] += x[j];

            elapsedMilliseconds = stopwatch.ElapsedMilliseconds;
            stopwatch.Reset();
                
            Console.WriteLine("Array elapsed time: " + elapsedMilliseconds + " ms - "+ y[0].ToString() + " " + y[n-1].ToString());
            return elapsedMilliseconds;
        }

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

1. http://www.tommti-systems.de/go.html?http://www.tommti-systems.de/main-Dateien/reviews/languages/benchmarks.html
2. http://www.codeproject.com/KB/cs/CSharpVsCPP.aspx
3. http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms173196(VS.80).aspx
4. http://dotnet.sys-con.com/node/46342
5. 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。