.Net函数调用的性能（C＃F＃）VS C ++

Question

由于F＃2.0已经成为VS2010的一部分，我对F＃感兴趣。 我想知道使用它有什么意义。 我读了一下，我做了一个测量函数调用的基准。 我用过Ackermann的函数:)

C＃

sealed class Program
{
    public static int ackermann(int m, int n)
    {
        if (m == 0)
            return n + 1;
        if (m > 0 && n == 0)
        {
            return ackermann(m - 1, 1);
        }
        if (m > 0 && n > 0)
        {
            return ackermann(m - 1, ackermann(m, n - 1));
        }
        return 0;
    }

    static void Main(string[] args)
    {

        Stopwatch stopWatch = new Stopwatch();

        stopWatch.Start();
        Console.WriteLine("C# ackermann(3,10) = " + Program.ackermann(3, 10));
        stopWatch.Stop();

        Console.WriteLine("Time required for execution: " + stopWatch.ElapsedMilliseconds + "ms");
        Console.ReadLine();
    }
}

C ++

class Program{
public:
static inline int ackermann(int m, int n)
{
  if(m == 0)
       return n + 1;
  if (m > 0 && n == 0)
  {
      return ackermann(m - 1, 1);
  }
  if (m > 0 && n > 0)
  {
      return ackermann(m - 1, ackermann(m, n - 1));
  }
  return 0;
 }
};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
 clock_t start, end;

  start = clock();
 std::cout << "CPP: ackermann(3,10) = " << Program::ackermann(3, 10) << std::endl;
 end = clock();
 std::cout << "Time required for execution: " << (end-start) << " ms." << "\n\n";
 int i;
 std::cin >> i;
 return 0;
}

F＃

// Ackermann
let rec ackermann m n  =
  if m = 0 then n + 1
  elif m > 0 && n = 0 then ackermann (m - 1) 1
  elif m > 0 && n > 0 then ackermann (m - 1)  (ackermann m (n - 1))
  else 0

open System.Diagnostics;
let stopWatch = Stopwatch.StartNew()
let x = ackermann 3 10 
stopWatch.Stop();

printfn "F# ackermann(3,10) = %d"  x
printfn "Time required for execution: %f"  stopWatch.Elapsed.TotalMilliseconds

Java的

public class Main 
{
 public static int ackermann(int m, int n)
 {
 if (m==0) 
   return n + 1;
if (m>0 && n==0)
{
 return ackermann(m - 1,1);
}
if (m>0 && n>0)
{
  return ackermann(m - 1,ackermann(m,n - 1));
 }
 return 0;
}

  public static void main(String[] args)
  { 
   System.out.println(Main.ackermann(3,10));
  }
}

那么
C＃= 510ms
c ++ = 130ms
F＃= 185ms
Java = Stackoverflow :)

它是F＃的强大功能（除了少量代码）如果我们想使用.Net并获得更快的执行速度？ 我可以优化任何这些代码（尤其是F＃）吗？

更新 。 我摆脱了Console.WriteLine并在没有调试器的情况下运行C＃代码：C＃= 400ms

Answer 1

我相信在这种情况下，C＃和F＃之间的区别归功于尾部调用优化。

尾部调用是指您在函数中作为“最后一件事”完成的递归调用。 在这种情况下，F＃实际上并不生成调用指令，而是将代码编译成循环（因为调用是“最后一件事”，我们可以重用当前的堆栈帧并跳转到方法的开头） 。

在你的ackermann实现中，有两个调用是尾调用，而其中只有一个不调用（结果作为参数传递给另一个ackermann调用）。 这意味着F＃版本实际上不经常调用“调用”指令（很多？）。

通常，性能配置文件与C＃的性能配置文件大致相同。 这里有很多与F＃和C＃性能相关的帖子：

• 对于数学，F＃真的比C＃好吗？

Answer 2

这是一种调用相关的函数，因为它是减少函数调用的常用方法。

您可以通过memoization（缓存）使这种类型的递归函数更快。 您也可以在C＃中执行此操作（ 示例 。）我有18ms。

open System.Collections.Generic

let memoize2 f =
    let cache = Dictionary<_, _>()
    fun x y ->
        if cache.ContainsKey (x, y) then 
            cache.[(x, y)]
        else 
            let res = f x y
            cache.[(x, y)] <- res
            res

// Ackermann
let rec ackermann =
    memoize2 (fun m n ->
        if m = 0 then n + 1
        elif m > 0 && n = 0 then ackermann (m - 1) 1
        elif m > 0 && n > 0 then ackermann (m - 1)  (ackermann m (n - 1))
        else 0
    )

Answer 3

与问题没有直接关系，但有趣的是提到：试试这个版本

let rec ackermann2 m n  =
  match m,n with
  | 0,0 -> 0
  | 0,n -> n+1
  | m,0 -> ackermann2 (m-1) 1
  | m,n -> ackermann2 (m-1) (ackermann2 m (n-1))

在我的电脑上（VS2010，F＃interactive），它在计算ackermann 3 12时比你的版本快了近50％。

我无法解释为什么会有这样的性能差异。 我想它与F＃编译器有关，它将匹配表达式转换为switch语句而不是一系列if语句。 首先进行（m = 0，n = 0）测试也可能有所帮助。

Answer 4

对于F＃，您可能想尝试使用inline关键字。

此外，正如上一张海报所提到的，C＃和F＃版本因Console.WriteLine语句而异。