为什么我的Java Merge-Sort比我的C ++实现更快？

Question

我用Java和C ++实现了Merge Sort，我尝试尽可能地实现它们。 两种算法都有效，我多次测试它们。 问题是我的Java实现比我的C ++快得多 - 实现，我想知道为什么。 我不敢相信Java会更快，所以我猜我在其中一个实现中犯了一个错误。 为了测量运行时，我创建了一个类“Person”，它有两个String-Attributes（forename，lastname）。 在C ++中我使用了std::vector<Person*> ，在Java中我使用了ArrayList<Person> 。 另外，我重载了operator<在C ++中比较两个人（比较姓氏，如果相等则比较名字）。 在Java中，我实现了Comparable<Person>接口来比较两个人。

您是否可以在我的代码中发现错误或者Java会更快或者C ++会变慢的原因？ 任何帮助，将不胜感激。

我的Java代码：

public void mergeSort(List<T> list) {
    if (list.size() <= 1) {
        return;
    }

    int subLength = (int) (list.size() / 2);
    List<T> first = new ArrayList<T>(list.subList(0, subLength));
    List<T> second = new ArrayList<T>(list.subList(subLength, list.size()));


    mergeSort(first);
    mergeSort(second);

    merge(first, second, list);
    return;
}

private void merge(List<T> first, List<T> second, List<T> result) {
    int firstPos = 0, secondPos = 0, resultPos = 0;

    while (firstPos < first.size() && secondPos < second.size()) {
        if (first.get(firstPos).compareTo(second.get(secondPos)) < 0) {
            result.set(resultPos, first.get(firstPos));
            firstPos++;
        } else {
            result.set(resultPos, second.get(secondPos));
            secondPos++;
        }
        resultPos++;
    }

    for (int i = firstPos; i < first.size(); i++) {
        result.set(resultPos, first.get(i));
        resultPos++;
    }
    for (int i = secondPos; i < second.size(); i++) {
        result.set(resultPos, second.get(i));
        resultPos++; 
    }
}

我的C ++代码：

注意：我使用了两个模板方法使mergesort可用于Person和Person* 。

template<typename T>
    T * ptr(T & obj) { return &obj; } 

    template<typename T>
    T * ptr(T * obj) { return obj; }


void mergeSort(std::vector<T> &list) {
        if (list.size() <= 1) {
            return;
        }

        int subLength = (int)(list.size() / 2);
        std::vector<T> first(list.begin(), list.begin() + subLength);
        std::vector<T> second(list.begin() + subLength, list.end());

        mergeSort(first);
        mergeSort(second);

        merge(first, second, list);

    }
void merge(const std::vector<T> &first, const std::vector<T> &second, std::vector<T> &result) {
        int firstPos = 0, secondPos = 0, resultPos = 0;
        while (firstPos < first.size() && secondPos < second.size()) {
            if (*ptr(first[firstPos]) < *ptr(second[secondPos])) {
                result[resultPos] = first[firstPos];
                firstPos++;
            }
            else {
                result[resultPos] = second[secondPos];
                secondPos++;
            }
            resultPos++;
        }

        for (int i = firstPos; i < first.size(); i++) {
            result[resultPos] = first[i];
            resultPos++;
        }
        for (int i = secondPos; i < second.size(); i++) {
            result[resultPos] = second[i];
            resultPos++;
        }
    }

Edit1和2：

我的设置配置：

我使用了一百万，一千万和二千万人来测试实现。 我测试它的人数并不重要，Java总是更快。

我按以下方式测试它：我创建人员并初始化我的MergeSort类。 然后我开始测量，然后调用mergeSort -method。 分拣完成后，我停止测量。 （在时间测量之后发生删除）。 对于Java中的时间测量，我使用System.nanoTime() ，在C ++中我使用chrono::high_resolution_clock::time_point

当然我在“Release”-Mode（优化：O2，更快的代码首选）中编译了C ++。

我的测试电脑：

• 英特尔i5 2500
• 8GB DDR3内存
• Windows 10教育

EDIT3：

有一件事我忘了提及。 我以通用的方式实现了算法，以便使用简单的数据类型和对象。 当我在Java中使用std::vector<int>和ArrayList<Integer> ，我的C ++实现要快得多。 我的第一次尝试是使用std::vector<Person>但它甚至更慢。 所以我的猜测是它制作了深层副本而不是浅层副本，这就是我切换到Person*原因，因为我认为在复制时只会复制指针。

Answer 1

TL; DR - Java版本的阵列复制很少。

该ArrayList的构造函数（见线167）的ArrayList时，通过一个Collection使用Collection.toArray()和可选Arrays.copyOf如果需要的话。 在ArrayList的情况下，不需要复制 - toArray()返回对底层数组的引用 。

另请注意， if (elementData.getClass() != Object[].class)将导致不再复制数组。

ArrayList对象上的Java List.subList不复制任何底层数组，它只返回原始支持的ArrayList ，但仅限于所需的元素。

结果 - 在可能的情况下，整个机制使用实际上只引用原始数组的子列表 - 不需要复制。

不太熟悉C ++，但我怀疑有很多数组复制和分配正在进行，而不需要由Java完成。

添加 - 正如@ThomasKläger正确指出的那样， ArrayList.toArray实际上确实返回了数组的防御副本 - 所以我上面错了。

Answer 2

其中的1 ^个东西，我看到的是在你的语句：

在时间测量之后正在进行删除

你说的是删除Person对象，你显然不是在谈论容器，比如C ++正在创建和清理堆栈的first和second ：

std::vector<T> first(list.begin(), list.begin() + subLength);
std::vector<T> second(list.begin() + subLength, list.end());

而Java正在堆上创建它们而不是清理它们直到它到达它（所以在你停止计时之后）：

List<T> first = new ArrayList<T>(list.subList(0, subLength));
List<T> second = new ArrayList<T>(list.subList(subLength, list.size()));

因此，您需要使用容器清理和Java来定时C ++。

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我在这里问一下，编写自己的合并排序有什么意义？ 最好的Java和C ++代码将使用该语言已经提供的排序算法。 如果你想要时间优先考虑优化算法的时间。

此外，我不会在时间比较中投入大量精力。 C ++ 会更快，写入通常也会更多。 如果速度足够重要，你可以打扰时间，你可能想要使用C ++。 如果开发时间为王，那么您将希望使用Java。