我在 Swift Beta 中实现了一个算法,发现性能很差。在深入挖掘之后,我意识到瓶颈之一就是对数组进行排序这样简单的事情。相关部分在这里:
let n = 1000000
var x = [Int](repeating: 0, count: n)
for i in 0..<n {
x[i] = random()
}
// start clock here
let y = sort(x)
// stop clock here
在 C++ 中,类似的操作在我的计算机上需要0.06 秒。
在 Python 中,它需要0.6 秒(没有技巧,整数列表只需 y = sorted(x))。
在 Swift 中,如果我使用以下命令编译它需要6 秒:
xcrun swift -O3 -sdk `xcrun --show-sdk-path --sdk macosx`
如果我使用以下命令编译它,它需要多达88 秒:
xcrun swift -O0 -sdk `xcrun --show-sdk-path --sdk macosx`
Xcode 中“发布”与“调试”构建的时序相似。
这里有什么问题?与 C++ 相比,我可以理解一些性能损失,但与纯 Python 相比,速度不会下降 10 倍。
编辑: weather 注意到更改-O3
为-Ofast
使此代码的运行速度几乎与 C++ 版本一样快!但是,-Ofast
语言的语义发生了很大变化——在我的测试中,它禁用了对整数溢出和数组索引溢出的检查。例如,-Ofast
下面的 Swift 代码可以静默运行而不会崩溃(并打印出一些垃圾):
let n = 10000000
print(n*n*n*n*n)
let x = [Int](repeating: 10, count: n)
print(x[n])
这-Ofast
不是我们想要的;Swift 的全部意义在于我们有安全网。当然,安全网对性能有一些影响,但它们不应该使程序慢 100 倍。请记住,Java 已经检查了数组边界,并且在典型情况下,速度下降幅度远小于 2。在 Clang 和 GCC 中,我们可以-ftrapv
检查(有符号)整数溢出,而且速度也没有那么慢。
因此问题是:我们如何才能在 Swift 中获得合理的性能而不失去安全网?
编辑2:我做了更多的基准测试,沿着线的非常简单的循环
for i in 0..<n {
x[i] = x[i] ^ 12345678
}
(这里的异或操作只是为了让我可以更容易地在汇编代码中找到相关的循环。我试图选择一个易于发现但也“无害”的操作,因为它不需要任何相关检查到整数溢出。)
-O3
同样,和之间的性能存在巨大差异-Ofast
。所以我看了一下汇编代码:
我得到
-Ofast
了我所期望的。相关部分是一个带有 5 条机器语言指令的循环。我得到
-O3
的东西超出了我最疯狂的想象。内部循环跨越 88 行汇编代码。我并没有试图理解所有这些,但最可疑的部分是 13 次“callq _swift_retain”调用和另外 13 次“callq _swift_release”调用。也就是说,内部循环中有 26 个子程序调用!
编辑 3:在评论中,Ferruccio 要求提供公平的基准,因为它们不依赖于内置函数(例如排序)。我认为下面的程序是一个很好的例子:
let n = 10000
var x = [Int](repeating: 1, count: n)
for i in 0..<n {
for j in 0..<n {
x[i] = x[j]
}
}
没有算术,所以我们不需要担心整数溢出。我们唯一要做的就是大量的数组引用。结果在这里——与 -Ofast 相比,Swift -O3 损失了近 500 倍:
- C++ -O3:0.05 秒
- C++ -O0:0.4 秒
- 爪哇:0.2 秒
- 使用 PyPy 的 Python:0.5 秒
- 蟒蛇:12 秒
- Swift -Ofast:0.05 秒
- 斯威夫特 -O3:23 秒
- 斯威夫特 -O0:443 秒
(如果您担心编译器可能会完全优化无意义的循环,您可以将其更改为 eg x[i] ^= x[j]
,并添加一个输出的 print 语句x[0]
。这不会改变任何内容;时间将非常相似。)
是的,这里的 Python 实现是一个愚蠢的纯 Python 实现,带有一个整数列表和嵌套的 for 循环。它应该比未优化的 Swift 慢得多。Swift 和数组索引似乎严重破坏了某些东西。
编辑 4:这些问题(以及其他一些性能问题)似乎已在 Xcode 6 beta 5 中修复。
对于排序,我现在有以下时间:
- 铿锵++ -O3:0.06 秒
- swiftc -Ofast:0.1 秒
- swiftc -O:0.1 秒
- 快速:4 秒
对于嵌套循环:
- 铿锵++ -O3:0.06 秒
- swiftc -Ofast:0.3 秒
- swiftc -O:0.4 秒
- 快速:540 秒
似乎没有理由再使用 unsafe -Ofast
(aka -Ounchecked
); plain-O
产生同样好的代码。