C ++标准是否要求iostream的性能不佳，或者我只是处理糟糕的实现？

Question

C ++标准是否要求iostream的性能不佳，或者我只是处理糟糕的实现？

每当我提到C ++标准库iostream的慢性能时，我都会遇到一阵难以置信的风潮。然而，我有剖析器结果显示在iostream库代码中花费了大量时间（完全编译器优化），并且从iostream切换到特定于操作系统的I / O API和自定义缓冲区管理确实提供了一个数量级的改进。

C ++标准库做了多少额外工作，标准是否需要它，它在实践中是否有用？或者有些编译器提供了与手动缓冲区管理竞争的iostream实现吗？

基准

为了解决问题，我编写了几个简短的程序来练习iostreams内部缓冲：

• 将二进制数据放入ostringstream http://ideone.com/2PPYw

• 将二进制数据放入char[]缓冲区http://ideone.com/Ni5ct

• vector<char>使用http://ideone.com/Mj2Fi将二进制数据放入其中back_inserter

• 新：vector<char>简单的迭代器http://ideone.com/9iitv

• 新：将二进制数据直接放入stringbuf http://ideone.com/qc9QA

• 新：vector<char>简单的迭代器加边界检查http://ideone.com/YyrKy

请注意，ostringstream和stringbuf版本运行的迭代次数较少，因为它们的速度要慢得多。

在ideone上，它ostringstream比std:copy+ back_inserter+ 慢大约3倍std::vector，比memcpy原始缓冲区慢大约15倍。当我将实际应用程序切换到自定义缓冲时，这与前后分析一致。

这些都是内存缓冲区，因此iostream的缓慢不能归咎于缓慢的磁盘I / O，过多的刷新，与stdio的同步，或者人们用来解释C ++标准库观察到的缓慢的任何其他事情iostream的。

很高兴看到其他系统上的基准测试和常见实现的评论（例如gcc的libc ++，Visual C ++，Intel C ++）以及标准规定了多少开销。

此测试的基本原理

许多人都正确地指出，iostream更常用于格式化输出。但是，它们也是C ++标准提供的二进制文件访问的唯一现代API。但是对内部缓冲进行性能测试的真正原因适用于典型的格式化I / O：如果iostreams无法保持磁盘控制器提供原始数据，那么当他们负责格式化时，他们怎么可能跟上呢？

基准时间

所有这些都是outer（k）循环的每次迭代。

在ideone上（gcc-4.3.4，未知的操作系统和硬件）：

• ostringstream：53毫秒

• stringbuf：27毫秒

• vector<char>并且back_inserter：17.6毫秒

• vector<char> 与普通迭代器：10.6毫秒

• vector<char> 迭代器和边界检查：11.4 ms

• char[]：3.7毫秒

在我的笔记本电脑上（Visual C ++ 2010 x86，cl /Ox /EHscWindows 7旗舰版64位，Intel Core i7,8 GB RAM）：

• ostringstream：73.4毫秒，71.6毫秒

• stringbuf：21.7 ms，21.3 ms

• vector<char>和back_inserter：34.6毫秒，34.4毫秒

• vector<char> 与普通迭代器：1.10毫秒，1.04毫秒

• vector<char> 迭代器和边界检查：1.11 ms，0.87 ms，1.12 ms，0.89 ms，1.02 ms，1.14 ms

• char[]：1.48毫秒，1.57毫秒

VISUAL C ++ 2010 x86上，与档案导引优化cl /Ox /EHsc /GL /c，link /ltcg:pgi运行，link /ltcg:pgo，措施：

• ostringstream：61.2 ms，60.5 ms

• vector<char> 与普通迭代器：1.04毫秒，1.03毫秒

相同的笔记本电脑，相同的操作系统，使用cygwin gcc 4.3.4 g++ -O3：

• ostringstream：62.7 ms，60.5 ms

• stringbuf：44.4毫秒，44.5毫秒

• vector<char>和back_inserter：13.5毫秒，13.6毫秒

• vector<char> 使用普通迭代器：4.1 ms，3.9 ms

• vector<char> 迭代器和边界检查：4.0毫秒，4.0毫秒

• char[]：3.57毫秒，3.75毫