為什么這個Rust程序這么慢？ 我錯過了什么？

Question

我讀了曼哈頓的最小距離度量，並重寫了作者在Rust中的“天真”實現。 C ++變體是：

#include <utility>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>

std::pair<int, int> pointsA[1000001];
std::pair<int, int> pointsB[1000001];

int main() {
    int n, t;
    unsigned long long dist;

    scanf("%d", &t);

    while(t-->0) {
        dist = 4000000000LL;
        scanf("%d", &n);

        for(int i = 0; i < n; i++) {
            scanf("%d%d", &pointsA[i].first, &pointsA[i].second);
        }

        for(int i = 0; i < n; i++) {
            scanf("%d%d", &pointsB[i].first, &pointsB[i].second);
        }

        for(int i = 0; i < n ;i++) {
            for(int j = 0; j < n ; j++) {
                if(abs(pointsA[i].first - pointsB[j].first) + abs(pointsA[i].second - pointsB[j].second) < dist)
                    dist = abs(pointsA[i].first - pointsB[j].first) + abs(pointsA[i].second - pointsB[j].second);
            }
        }
        printf("%lld\n", dist);
    }
}

Rust變種是：

use std::io;
use std::io::BufReader;
use std::io::BufRead;

fn read_array(stdin: &mut BufReader<io::Stdin>, array_len: usize, points: &mut Vec<(i32, i32)>) {
    let mut line = String::new();
    for _ in 0..array_len {
        line.clear();
        stdin.read_line(&mut line).unwrap();
        let mut item = line.split_whitespace();
        let x = item.next().unwrap().parse().unwrap();
        let y = item.next().unwrap().parse().unwrap();
        points.push((x, y));
    }
}

fn manhattan_dist(a: &(i32, i32), b: &(i32, i32)) -> u32 {
    ((a.0 - b.0).abs() + (a.1 - b.1).abs()) as u32
}

fn main() {
    let mut line = String::new();
    let mut stdin = BufReader::new(io::stdin());
    stdin.read_line(&mut line).unwrap();
    let n_iters = line.trim_right().parse::<usize>().unwrap();
    let mut points_a = Vec::with_capacity(10000);
    let mut points_b = Vec::with_capacity(10000);
    for _ in 0..n_iters {
        line.clear();
        stdin.read_line(&mut line).unwrap();
        let set_len = line.trim_right().parse::<usize>().unwrap();
        points_a.clear();
        points_b.clear();
        read_array(&mut stdin, set_len, &mut points_a);
        read_array(&mut stdin, set_len, &mut points_b);
        let mut dist = u32::max_value();
        for i in points_a.iter() {
            for j in points_b.iter() {
                dist = std::cmp::min(manhattan_dist(i, j), dist);
            }
        }
        println!("{}", dist);
    }
}

然后，我使用Python腳本生成數據：

import random

ITER = 100
N = 10000
MAX_INT = 1000000

print("%d" % ITER)

for _ in range(0, ITER):
    print("%d" % N)
    for _ in range(0, N):
        print(random.randrange(-MAX_INT, MAX_INT + 1), random.randrange(1, MAX_INT + 1))
    for _ in range(0, N):
        print(random.randrange(-MAX_INT, MAX_INT + 1), random.randrange(-MAX_INT, 0))

並使用g++ -Ofast -march=native和rustc -C opt-level=3分別編譯了兩個變體。 時間是：

C ++

real    0m7.789s
user    0m7.760s
sys     0m0.020s

銹

real    0m28.589s
user    0m28.570s
sys     0m0.010s

為什么我的Rust代碼比C ++變體慢四倍？ 我正在使用Rust 1.12.0-beta.1。

我添加了時間測量：

let now = SystemTime::now();
line.clear();
stdin.read_line(&mut line).unwrap();
let set_len = line.trim_right().parse::<usize>().unwrap();
points_a.clear();
points_b.clear();
read_array(&mut stdin, set_len, &mut points_a);
read_array(&mut stdin, set_len, &mut points_b);
io_time += now.elapsed().unwrap();

let now = SystemTime::now();
let mut dist = u32::max_value();
for i in points_a.iter() {
    for j in points_b.iter() {
        dist = std::cmp::min(manhattan_dist(i, j), dist);
    }
}
calc_time += now.elapsed().unwrap();

並且writeln!(&mut std::io::stderr(), "io_time: {}, calc_time: {}", io_time.as_secs(), calc_time.as_secs()).unwrap(); 打印io_time: 0, calc_time: 27 。

我夜間嘗試每晚rustc 1.13.0-nightly (e9bc1bac8 2016-08-24) ：

$ time ./test_rust < data.txt  > test3_res
io_time: 0, calc_time: 19

real    0m19.592s
user    0m19.560s
sys     0m0.020s
$ time ./test1 < data.txt  > test1_res

real    0m7.797s
user    0m7.780s
sys     0m0.010s

所以它在我的Core i7上差不多是2.7倍。

Answer 1

區別當然是-march=native ...有點。 Rust通過-C target_cpu=native這一點，但這並沒有給出相同的速度優勢。 這是因為LLVM不願意在這種情況下進行矢量化，而GCC則不然 。 您可能會注意到，使用Clang （一種也使用LLVM的C ++編譯器）也會產生相對較慢的代碼。

為了鼓勵LLVM進行矢量化，您可以將主循環移動到單獨的函數中。 或者，您可以使用本地塊。 如果你仔細編寫代碼

let dist = {
    let mut dist = i32::max_value();
    for &(a, b) in &points_a[..n] {
        for &(c, d) in &points_b[..n] {
            dist = std::cmp::min(((a - c).abs() + (b - d).abs()), dist);
        }
    }
    dist
} as u32;

Rust和C ++之間的區別幾乎可以忽略不計（~4％）。

Answer 2

您在C ++中看到的絕大多數性能都歸功於標志-march=native 。

這個標志不是Rust的--release的等效標志。 它采用特定於它是在編譯的CPU CPU指令，所以數學特別是將是方式更快。

刪除該標志會使C ++代碼處於19秒。

然后是C ++代碼中存在的不安全現象。 沒有選中任何輸入。 銹病代碼不檢查它，你用.unwrap() - unwrap有性能上的成本，有一個說法，那么代碼需要平倉等。

使用if let而不是raw unwrap ，或者在可能的情況下忽略結果，再次使Rust代碼失效。

銹：22秒

C ++：19秒

3秒來自哪里？ 一點點玩耍讓我相信它是println! 與printf相比，但我沒有C ++代碼的硬編號。 我可以說的是，當我在基准測試之外執行打印時，Rust代碼會下降到13秒。

TLDR：您的編譯器標志不同，您的C ++代碼不安全。

Answer 3

我絕對沒有看到執行時間的任何差異。 在我的機器上

C ++：

real    0m19.672s
user    0m19.636s
sys     0m0.060s

銹：

real    0m19.047s
user    0m19.028s
sys     0m0.040s

我使用rustc -O test.rs -o ./test編譯Rust代碼，使用g++ -Ofast test.cpp -o test C ++代碼。

我正在使用Linux Kernel 4.6.3-040603-generic運行Ubuntu 16.04。 我運行它的筆記本電腦有一個Intel（R）Core（TM）i5-6200U CPU和8GB RAM，沒什么特別的。