编译速度与运行时性能大对决：C、C++、Go、Rust谁是终极王者？

最新推荐文章于 2025-04-13 22:49:17 发布
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#c++ #golang #rust #开发语言 #后端

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在软件开发的世界里，选择一门合适的编程语言至关重要。编译速度影响开发效率，运行时性能决定程序表现。C、C++、Go和Rust作为当下热门的系统级编程语言，各自拥有拥趸。但它们在性能上究竟孰优孰劣？近期国外一位开发者通过自己的benchmark测试进行了一场真刀真枪的性能大比拼！并给出了一份详尽的基准测试报告。下面我们就来看看他的测试方法、测试结果以及最终给出的测试结论。

测试方法

本次测试采用“空循环”程序，排除业务逻辑干扰，聚焦语言和编译器本身的性能。我们使用两大工具：

  • Hyperfine：测量编译时间。

  • Perf Stat：深入分析运行时性能，包括执行时间、CPU 利用率、指令数、分支预测、缓存未命中等关键指标。

⚔️ 第一回合：编译速度

编译速度直接关系到开发者的“幸福感”。谁能更快地将代码转化为可执行程序呢？

语言

平均编译时间 (ms)

相对 C 的速度

C24.6 ± 0.9最快

Go

27.1 ± 1.5

慢 1.10 倍

Rust

107.5 ± 1.7

慢 4.36 倍

C++

249.7 ± 2.5

慢 10.13 倍

结果分析：

  • C语言 凭借其简洁的语法和成熟的编译器优化，拔得头筹。

  • Go语言 紧随其后，仅比C慢一点点。

  • Rust 编译时间显著增加，这与其复杂的类型系统、所有权检查以及LLVM后端有关。

  • C++ 垫底，模板实例化和复杂的编译过程拖慢了速度。

🏆 本轮胜者：C
如果你追求极致的编译速度，C语言是当之无愧的首选。但Go的表现也相当出色，对于大多数项目来说，这点差距几乎可以忽略不计。

⚡ 第二回合：运行时性能

编译完只是第一步，程序跑得快才是王道！接下来，我们将从多个维度考察四种语言的运行时表现。

1. 执行时间

语言

平均执行时间 (µs)

Go0.327 (327 ns)

C++

2

C

2.5

Rust

2.8

惊人结果：

  • Go语言 以惊人的327纳秒夺冠，将其他语言远远甩在身后！

  • C++位居第二，表现尚可。

  • C和Rust 相对较慢。

2. CPU 利用率 & 指令效率

语言

Task Clock (ms)

CPUs Utilized (%)

Instructions

Cycles

IPC

Go0.6373.7%

2,245,392

2,419,181

0.77

C++

0.67

72.8%

3,403,317

2,711,607

1.22

C

0.24

51.1%

942,153

964,819

0.96

Rust

0.32

53.6%

1,498,497

1,285,536

1.02

分析：

  • Go语言在CPU利用率和执行时间之间取得了很好的平衡。

  • C++虽然CPU利用率较高，但执行的指令和周期数也最多，可能存在优化空间。

  • Rust和C的IPC较高，表明指令流水线利用率较好。

3. 分支预测

语言

Branches

Branch Misses

Branch Miss Rate (%)

Go481,3046,3271.29%

C++

679,525

14,941

2.20%

C

211,875

4,110

1.94%

Rust

328,277

7,004

2.15%

分析：

  • Go语言以最低的分支预测错误率再次领先，这意味着它的程序控制流更高效。

  • C++分支预测错误率最高，可能影响性能。

4. 内存访问 (Page Faults)

语言

Page Faults

C62

Rust

76

C++

128

Go

205

分析：

  • C语言的内存访问最少，这得益于其精简的内存模型。

  • Go的缺页错误最多，这可能与运行时和垃圾回收有关。

5. 微架构分析

这里不再赘述具体数据，直接给出结论：

  • Go语言在指令退役、前端瓶颈和后端瓶颈之间表现均衡。

  • C++指令退役率最高，前端瓶颈较少。

  • Rust和C较为相似，Rust稍偏向前端瓶颈。

🏆 本轮胜者：Go
Go 语言在运行时性能上展现出压倒性优势，尤其是在执行时间和分支预测方面。

综合评定：Go语言加冕！

综合编译速度和运行时性能，Go 语言是本次性能大比拼的最终赢家！ 它不仅编译速度快，而且运行时效率极高，是追求极致性能的开发者的理想选择。

指标

C

Go

Rust

C++

编译时间

🥇 最快

🥈

🥉

❌ 最慢

运行时执行时间

❌ 最慢

🥇 最快

🥉

🥈

分支预测

🥈

🥇 最佳

🥉

❌ 最差

CPU 利用率

❌ 低

🥇 高

🥈

🥉

内存使用（缺页）

🥇 最少

❌ 最多

🥈

🥉

总结与建议

  • 追求极致编译速度： 选择C。(笔者注：其实工程规模变大后，Go的编译速度远超C)

  • 追求极致运行时性能： 选择Go。

  • 注重安全和现代特性： 选择Rust，但要接受较慢的编译速度。

  • 需要高级抽象和模板： 选择C++，但要做好编译耗时的心理准备。

本次测试仅针对特定场景，实际项目还需具体分析。但Go语言在性能上的卓越表现，无疑为我们提供了一个强有力的选择！

  • 原文链接为https://open-note-2uog.vercel.app/post/5cd44eb0-a52c-462b-8561-7404c1cf1af2。

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