C语言在实际中比R语言快多少？

Question

我曾经在R中编写了一个Gibbs采样器，现在决定将其移植到C语言中以测试它的速度是否更快。我发现许多网页声称使用C语言可以比R快50倍，但是每次我使用时，它只比R快5或6倍。我的问题是：这是预期的结果吗？还是有一些技巧我没有使用，可以使我的C代码显著地更快（就像使用向量化加速R代码一样）？我基本上是拿着代码，在C语言中重写了它，用for循环替换矩阵操作，并将所有变量都变成指针。

此外，有没有人知道一些从R程序员角度来看的C语言资源？有一本名为《R编程艺术》的优秀书籍，但似乎是从已经掌握C语言的人的角度来写的。

另外，当我的C代码在Windows标准R GUI中运行时，屏幕往往会冻结。它不会崩溃；当代码运行完毕后，它会恢复正常，但它会阻止我在GUI中做其他事情。有没有人知道如何避免这种情况？我是使用.C()函数调用该函数的。

- Flounderer

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除非你真正了解和理解C语言，否则很难提高性能。至于为什么会出现冻结，这完全与线程有关。我猜测R会自动在后台执行，而C绝对不会。 - Richard J. Ross III

这要看情况。只要你坚持使用基本操作，速度应该差不多。如果你编写三个嵌套的{i,j,k}循环来实现矩阵乘法，C语言会更快。（但如果你使用矩阵/向量基本操作，情况就不一样了） - wildplasser

补充一下 @RichardJ.RossIII 的话，永远记住你不只是在比较语言，同时也在比较自己在每种语言中编程的能力。将两者区分开来可能很困难。 - joran

请参见 https://dev59.com/Em855IYBdhLWcg3w3IVh，了解第二段内容。 - GSee

这里有一个例子展示了Rcpp相对于经过优化的R代码产生了巨大的加速，但最终结果是由于原语，正如@wildplasser所指出的那样。在这种情况下，速度优势是因为Rcpp修改了原始对象而不是修改复制的对象。当C(++)代码执行与R代码相同的基本操作时，它同样快，但C允许更多地控制哪些操作被执行。 - Ari B. Friedman

Answer 1

许多现有的文章都有明确的示例代码，例如Darren Wilkinson在他的博客中有几篇分析不同编程语言和硬件（例如将高端笔记本电脑与便携式电脑和树莓派进行比较）的文章。其中一些文章如下：

• 最初的（后来修改过的）文章
• 另一篇较晚的文章

他的网站上还有许多其他文章--这些文章通常比较C、Java、Python等编程语言的性能。

我也使用了Rcpp创建了一个版本--请参阅这篇博客文章。今年夏天我们还在useR会议上使用了同样的例子来比较Julia、Python和R/C++，因此您可以找到更多的例子和参考资料。MCMC被广泛使用，并且是优化速度的“低挂果”。

鉴于这些示例，我想补充一下对两位先前评论的不同看法。速度并不会相同，在这种情况下很容易做得更好，您的C/C++技能将在很大程度上决定您的提升。

最后，一个经常被忽视的方面是RNG的速度非常重要。运行循环并添加内容很便宜--做出“好”的随机抽样则不然，并且许多跨系统的变化也源自此。

- Dirk Eddelbuettel

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感谢您提供那些带有真实世界例子的链接！我之前看到的例子大多都是人为构造的，例如计算前一百万个正整数的总和。 - Flounderer

关于你最后一段的问题，我并没有找到在C语言中生成均匀随机数的好方法，所以我在开始之前在R中生成了我需要的所有随机数，然后将该数组的指针作为C函数的一个参数传递。我不确定这比在C语言中生成它们更好还是更差？ - Flounderer

请参见R扩展编写，第6.3节或任何好的数值库的文档。Rcpp为您提供了免费的功能，甚至是向量化的，即一次调用可获得N个随机数。并且可以在编译速度下实现。 - Dirk Eddelbuettel

你的意思是C语言在进行“peek和poke”操作时需要花费很多时间吗？这个操作应该避免吗？ - Flounderer

函数调用有开销。调用次数越少，执行速度越快。 - Dirk Eddelbuettel

在C++中，函数调用开销非常小（大约为纳秒级别），但如果您进行数百万次调用，则会累加。 - hadley

Answer 2

我认为，如果正确使用，C语言比R语言快得多。

以下是一些简单的优化方法： 将编译器设置为更高的速度优化。 使用-march标志进行编译。 如果你使用的是VS，请确保你使用的是发布选项而不是调试选项。

- TeeraMusic

Answer 3

关于GUI冻结的问题，您可能需要偶尔调用R_CheckUserInterrupt和R_ProcessEvents。

- Romain Francois

Answer 4

你观察到的性能差异将取决于许多因素：你正在执行的操作类型，你如何编写C代码，你使用了什么类型的编译器级别优化，你的目标CPU架构等等。

你可以编写基本的、粗糙的C代码，并获得一个能够正常工作并具有良好效率的东西。你也可以微调你的代码，以适应目标CPU的独特特性——可能会调用专门的汇编指令——并从代码中挤出每一滴性能。你甚至可以编写比R版本运行得慢得多的代码。C给了你很大的灵活性。这里的限制因素是你想要花多少时间来编写和优化C代码。

反之亦然（重复上一段，但交换“C”和“R”）。

我并不是在说话玩笑，但实际上并没有一个简单明了的答案来回答你的问题。唯一确定你的C版本会快多少的方法就是编写两种方式的代码并进行基准测试。

- bta

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“你甚至可以编写比 R 版本运行速度明显慢得多的代码。”-- 不，实际上不行。 - Dirk Eddelbuettel