有没有一些C代码的例子，在编译为C++代码后会导致（显著的）性能降低/提高？

Question

这个问题可能在之前被问过。

有没有一些C代码的例子，在编译为C++代码后会导致（显著的）性能降低/提高？

---

UPD1：了解性能提升也是很有趣的。因此，添加了“提升”。

UPD2. 可能有用：当在C和C++中编译时，相同的代码是否会产生不同的行为？ UPD3. “UnspecB/UB/IB方面”很有趣。然而，更有趣的可能是将C代码限制为严格符合C程序（C11，4p5）的同时，它也是一个不包含违反第5条到第33条和附录D规则（N4917，4.1.1p2.1）的UnspecB/UB/IB-free良好形式的C++程序，并且具有相同的（抽象）语义。

- pmor

---

C++有时更加严格，C中完全正常的行为在C++中可能是未定义的行为。但我无法想到任何一种情况下行为仍然是定义的，只是变得更慢。 - undefined

#if __cplusplus // 很多代码 #endif - undefined

代码在每种语言中编译时，是否必须具有相同的功能性？ - undefined

这可能并不真正符合“相同”的程序，但是在C++中使用std::sort对用户定义类型的数组进行排序很可能比在C中使用qsort要快得多。 - undefined

@Red.Wave，仍然不太支持“将设计良好的C程序修改为设计良好的C++程序...更加安全。”我认为我们的经验有所不同。祝好运。 - undefined

Answer 1

考虑函数重载的影响：

long double a = ...; 
long double b = ...; 
long double c = pow(a, b);

在C中，函数是一个`double`类型的函数。在C++中，函数是一个`long double`类型的函数。C语言预计会更快一些（或者不考虑类型转换的成本）。

float a = ...; 
float b = ...; 
float c = pow(a, b);

在C中，函数是一个双精度的。在C++中，函数是一个单精度的。C++预计会更快。

---

在C语言中，sizeof('a') == sizeof(int)。在C++中，sizeof('a') == sizeof(char)。如果大小影响循环等操作，这肯定会导致性能差异。

---

- chux - Reinstate Monica

---

回复：pow。在技术上，调用不同类型（float、double、long double）的函数是否会导致不同的程序语义？ - undefined

@pmor 或许吧。我经常看到一些简单粗糙的 C 代码使用了 <math.h> 中的 double 函数，而使用 float 或 long double 会更合理。很难确定作者的真实意图。 - undefined

是否有任何想法，使用 _Float16（如果支持）是否通常比（32位）float具有更好的性能？ - undefined

C被设计成对于整数，存在一种“恰到好处”的类型，通常用于计算，即int/unsigned。对于浮点数类型，double也是类似的情况。由于现代硬件/库通常可以比double更快地执行float，并且比float更快地执行子float，因此希望_Float16能够提供更好的性能，但这取决于具体的实现。_Float16占用的空间肯定更小。我不会指望子float更快，只是确实更小。 - undefined

Answer 2

考虑以下代码，虽然它并没有太多意义，但很容易想象出更复杂的代码，它们有意义并且执行类似的操作。

union
{
    long a;
    short b[sizeof(long)/sizeof(short)];
} foo;

short* ptr;

extern void work();

void func()
{
   foo.a = 1;                   // 1
   *ptr = 42;                   // 2
   if (foo.a == 1) work();      // 3
}

假设代码的其余部分没有未定义行为，并且在任何一种语言中都具有相同的含义。

当作为C++编译时，`func`至少在某些实现中会稍微快一些。在线演示。如您所见，当作为C++编译时，它没有条件跳转，而当作为C编译时，它确实有一个。

原因是两种语言中有不同的未定义行为。

在C++中，如果`ptr`指向`foo.b`，程序就会有未定义行为，因为修改一个联合体的一个成员然后检查另一个成员是非法的。因此，编译器假设`ptr`不指向`foo.b`，并且`foo.a`的值在第2行不会改变，因此它仍然具有第1行的值，因此在第3行没有必要检查它。

另一方面，在C语言中，如果ptr指向foo.b，行为是完全（实现）定义的。在第2行，foo.a可能会改变，而编译器无法确定它是否确实发生了改变。因此，在第3行需要进行检查。实际上，foo.a的值不会改变，因为我们知道程序既是有效的C++代码，也是有效的C代码，但编译器无法知道这一点。

- n. m. could be an AI

---

如果我们说整个程序是无未定义行为的，那么一个假设的C语言实现可以发现ptr永远不会指向foo.b，并进行相同的优化。你说得对，目前的实现还没有这样做。 - undefined

@Caleth 一般情况下，编译器无法证明这样的事情，即使它拥有关于程序的所有信息（相当于停机问题）。 - undefined

回复：“修改是非法的”，“行为是完全（实现）定义的”。如果有时间，你能指出C和C++标准中相关的段落吗？ - undefined

@pmor C++ 这里 和 这里; C 这里. - undefined

你的“这里和这里”指向同一个链接。考虑修复一下。 - undefined

@pmor 我忘记它应该指向哪里了 :( 或许等我有时间的时候再看看吧。 - undefined

Answer 3

这不是一个真实世界的例子，但这是一个编译后速度几乎是C语言的4倍的程序。

int s = 0;

int main(void) {    
    struct s { char c; };
    volatile int n = 0;
    for (int i = 0; i < (1 << 20) / sizeof(s); ++i) {
        n = i;
    }
}

从这里得到的灵感

- chrysante

---

@pmg：需要使用sizeof (s)来利用struct s将s作为类型名称放在与C++中的int s相同的命名空间中的事实。解决方法是更改struct s的定义，而不是更改sizeof。 - undefined

这是C和C++中语义不同的程序示例，而不是相同语义的性能差异 - undefined

@Caleth 是的，但从技术上讲，它确实回答了这个问题 :) 不过我同意，这可能不是原帖作者想要的答案。 - undefined

@pmor 样本代码的可观察行为是对volatile int进行一些写操作，C和C++在写操作次数上有所不同，因为它们对sizeof(s)的评估规则不同。从技术上讲，这是否具有定义行为是由实现定义的，因为int i可能无法容纳(1 << 20) / sizeof(s)，它只需要至少是16位。 - undefined

我同意，这可能不是原帖作者所想要的。在回答问题之前，你应该通过评论或请求澄清来寻求改进问题，以确保它与原帖作者的意图一致。 - undefined

Answer 4

这在定义上是不可能的。将C编译为C++时，只有三种选择：

1. 有效的C代码在C++中无效，因此你无法获得可运行的代码，因此无法进行比较。 2. 有效的C代码在C++中要么是未定义行为，要么表示不同的含义，因此你会得到一个执行不同操作的可运行代码（通常不是你想要的），因此这两者无法进行比较。 3. 其余（大部分）情况属于“C++是C的子集的超集”，只要你在这个子集范围内，根据定义，你会得到相同的代码。

- Agent_L

---

看到我的回答 :) - undefined

@n.m.couldbeanAI 你的例子和我的例子不一样，我的例子是"Valid C is UB C++"。这两段代码不同，因为检查被跳过了。 - undefined

在我的例子中，无论是在C还是C++中都没有UB（未定义行为），而且代码的含义完全相同。 - undefined