为什么在这种情况下，我的Java代码比我的C++代码运行得更快？

我写了一个小基准，其中程序创建了 的 10 个⁸二维std::vector结构{float, float}，然后将它们的长度平方相加。

这是C++代码：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <vector>
#include <array>
#include <cmath>
    
using namespace std;
using namespace std::chrono;
    
const int COUNT = pow(10, 8);
    
class Vec {
public:
    float x, y;
    
    Vec() {}
    
    Vec(float x, float y) : x(x), y(y) {}
    
    float len() {
        return x * x + y * y;
    }
};
    
int main() {
    vector <Vec> vecs;
    
    for(int i = 0; i < COUNT; ++i) {
        vecs.emplace_back(i / 3, i / 5);
    }
    
    auto start = high_resolution_clock::now();
    
    // This loop is timed
    float sum = 0;
        for(int i = 0; i < COUNT; ++i) {
        sum += vecs[i].len();
    }
    
    auto stop = high_resolution_clock::now();
    
    cout << "finished in " << duration_cast <milliseconds> (stop - start).count()
         << " milliseconds" << endl;
    cout << "result: " << sum << endl;
    
    return 0;
}

为此，我使用了这个 makefile（g++ 版本 7.5.0）：

build:
 g++ -std=c++17 -O3 main.cpp -o program #-ffast-math 
    
run: build
 clear
 ./program

这是我的Java代码：

public class MainClass {
    static final int COUNT = (int) Math.pow(10, 8);

    static class Vec {
        float x, y;

        Vec(float x, float y) {
            this.x = x;
            this.y = y;
        }

        float len() {
            return x * x + y * y;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Vec[] vecs = new Vec[COUNT];

        for (int i = 0; i < COUNT; ++i) {
            vecs[i] = new Vec(i / 3, i / 5);
        }

        long start = System.nanoTime();

        // This loop is timed
        float sum = 0;
        for (int i = 0; i < COUNT; ++i) {
            sum += vecs[i].len();
        }

        long duration = System.nanoTime() - start;
        System.out.println("finished in " + duration / 1000000 + " milliseconds");
        System.out.println("result: " + sum);
    }
}

使用 Java 11.0.4 编译和运行

以下是结果（在 ubuntu 18.04 16 位上运行几次的平均值）：

c++:  262 ms
java: 230 ms

为了使 C++ 代码更快，我尝试了以下几点：

• 使用std::array代替std::vector
• 使用普通数组而不是 std::vector
• 在for循环中使用迭代器

然而，以上都没有导致任何改善。

我注意到一些有趣的事情：

1. 当我对整个main()函数（分配 + 计算）计时时，C++ 要好得多。但是，这可能是由于 JVM 的预热时间。
2. 对于较少数量的对象，例如 10 ⁷，C++ 稍微快一些（几毫秒）。
3. 开启-ffast-math使 C++ 程序比 Java 快几倍，但计算结果略有不同。此外，我在一些帖子中读到使用这个标志是不安全的。

在这种情况下，我能否以某种方式修改我的 C++ 代码并使其与 Java 一样快或更快？

回答

    float sum = std::transform_reduce(
        std::execution::par_unseq,
        begin(vecs), end(vecs),
        0.f,
        std::plus<>{},
        [](auto&& x){
            return x.len();
        }
    );