优享资讯 | C++ vs Rust vs Go 性能比较

掘金后端 ( ) • 2024-05-12 14:54

本文对C++、Rust和Go三种编程语言编写的gunzip程序进行了性能比较，通过基准测试试图尽可能公平的比较它们的性能。原文: Performance — C++ vs Rust vs Go

本文将通过一些基准测试，比较 C++ 和 Rust 以及 Go 编写的相同程序的性能。我们将尽最大努力将语言差异以外的噪音因素隔离开来，不过，与任何基准测试一样，需要慎重对待测试结果，因为没有任何一种基准测试能真正比较两种不同语言的性能。

计划

本文要比较的程序是 gunzip，它可以解压 .gz 文件。gunzip 有不同的实现，例如用 C 编写的 GNU gzip、用 C 编写的 zlib、用 C 编写的 miniz、用 Rust 编写的 flate2-rs 和用 Go 编写的 gzip。

但是，除非一种语言是另一种语言的直接移植，由于可能会引入不同实现的噪音，因此无法对两种语言进行准确的基准测试。

为此，我们将选择以下三个方面：

用 Rust 写的 gunzip
C++ 编写的移植版cpp_gunzip
Go 编写的移植版go_gunzip

尽量减少噪音

还有一个问题--外部库。它们都依赖第三方库计算 CRC32 校验和，这在解压缩过程中会耗费大量时间。其中，gunzip 依赖 crc32fast，cpp_gunzip 可以链接 zlib 或 FastCrc32，而 go_gunzip 则依赖 Go 标准库里的 crc32。幸运的是，所有这些程序都支持多线程选项，可以在单独的线程上运行 CRC32 校验和，因此运行时间与解压缩实现成正比--这是因为解压缩比 CRC32 校验和耗时更长，因此通过并行化，可以有效的将 CRC32 校验和的影响降至最低。

让我们做一些实验来验证。我们用两种不同的方式编译 cpp_gunzip：(1) 使用 FastCrc32；(2) 使用 zlib 计算 CRC32 校验和。然后使用单线程和双线程模式比较两者的运行时间，看看有什么不同。

# terminal in Linux
git clone https://github.com/TechHara/cpp_gunzip.git
cd cpp_gunzip

# compile with FastCrc32 vs zlib for CRC32 checksum
cmake -B fastcrc32 -DCMAKE_CXX_FLAGS=-O3 -DUSE_FAST_CRC32=ON . && make -j -C fastcrc32
cmake -B zlib -DCMAKE_CXX_FLAGS=-O3 -DUSE_FAST_CRC32=OFF . && make -j -C zlib

# download linux source code and compress as .gz file
curl -o- https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.8.7.tar.xz | xz -d | gzip > linux.tgz

# run with single-thread
time fastcrc32/gunzip < linux.tgz > linux.tar
time zlib/gunzip < linux.tgz > linux.tar

# run with multi-thread (-t option)
time fastcrc32/gunzip -t < linux.tgz > linux.tar
time zlib/gunzip -t < linux.tgz > linux.tar

在 x64 Ubuntu 系统上，单线程模式下两个 CRC32 校验和库的性能差别很大。不过，当我们在多线程模式下运行时，这两个库的运行时间并没有出现预期的差异。因此，这让我们可以最大限度减少基准测试时使用不同 CRC32 库所带来的噪音。

基准测试

接下来我们将运行基准，使用完全相同的 .gz 解压缩实现，比较 C++ 与 Rust 和 Go 的性能。我们已经运行了 C++ 版本，现在来运行 Rust 和 Go 版本。确保在多线程模式下运行，以尽量减少 CRC32 校验和产生的噪音。

# clone the Rust version
git clone https://github.com/TechHara/gunzip.git
cd gunzip

# build
cargo build -r

# run in multi-threaded mode (-t)
time target/release/gunzip -t < ../linux.tgz > linux.tar

# clone the Go version
cd ..
git clone https://github.com/TechHara/go_gunzip.git
cd go_gunzip

# build
go build

# set max process to 2
export GOMAXPROCS=2

# run in multi-threaded mode (-t)
time ./gunzip -t < ../linux.tgz > linux.tar

好吧，在 x64 Ubuntu 系统上，C++ 和 Rust 的运行速度几乎相同，而 Go 的运行时间是它们的 2 倍左右。但与benchmarkgame的数据（4倍）相比，在这个场景下的Go性能还更好一点。

但更好的性能并不意味着更好的语言。在选择语言时，必须考虑应用、开发/维护时间以及安全性。最典型的例子就是 Python，它比 C 语言慢 100 倍，但却是最流行的编程语言。

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