Question

我正在做一些非常简单的基准来比较C和Rust的性能。我使用了一个函数添加整数1 + 2 + ... + n（我可以通过手动计算验证的东西），其中n = 10^10。

Rust中的代码如下所示：

fn main() {
  let limit: u64 = 10000000000;
  let mut buf: u64 = 0;
  for u64::range(1, limit) |i| {
    buf = buf + i;
  }
  io::println(buf.to_str());
}

C代码如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
  unsigned long long buf = 0;
  for(unsigned long long i = 0; i < 10000000000; ++i) {
    buf = buf + i;
  }
  printf("%llu\n", buf);
  return 0;
}

我编译并运行它们：

$ rustc sum.rs -o sum_rust
$ time ./sum_rust
13106511847580896768

real        6m43.122s
user        6m42.597s
sys 0m0.076s
$ gcc -Wall -std=c99 sum.c -o sum_c
$ time ./sum_c
13106511847580896768

real        1m3.296s
user        1m3.172s
sys         0m0.024s

然后我尝试使用优化标志，再次使用C和Rust：

$ rustc sum.rs -o sum_rust -O
$ time ./sum_rust
13106511847580896768

real        0m0.018s
user        0m0.004s
sys         0m0.012s
$ gcc -Wall -std=c99 sum.c -o sum_c -O9
$ time ./sum_c
13106511847580896768

real        0m16.779s
user        0m16.725s
sys         0m0.008s

这些结果让我感到惊讶。我做了期望优化有一些效果，但优化的Rust版本 100000次更快:)。

我尝试更改n（唯一的限制是u64，运行时间几乎为零），甚至尝试了另一个问题（1^5 + 2^5 + 3^5 + ... + n^5），结果类似：可执行文件使用rustc -O编译的速度比不使用标志快几个数量级，并且比使用gcc -O9编译的同一算法快许多倍。

所以我的问题是：发生了什么事？ :)我可以理解编译器优化1 + 2 + .. + n = (n*n + n)/2，但我无法想象任何编译器都可以导出1^5 + 2^5 + 3^5 + .. + n^5的公式。另一方面，据我所知，结果必须以某种方式计算（并且它似乎是正确的）。

哦，并且：

$ gcc --version
gcc (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) 4.6.3
$ rustc --version
rustc 0.6 (dba9337 2013-05-10 05:52:48 -0700)
host: i686-unknown-linux-gnu

Answer 1

是的，编译器确实使用1 + ... + n = n*(n+1)/2优化来移除循环，并且对于求和变量的任何幂都有类似的技巧。例如k¹ are triangular numbers，k² are pyramidal numbers，k³ are squared triangular numbers等。一般来说，甚至还有一个公式来计算∑_k k^p for any p。

您可以使用更复杂的表达式，以便编译器没有任何删除循环的技巧。 e.g。

fn main() {
  let limit: u64 = 1000000000;
  let mut buf: u64 = 0;
  for u64::range(1, limit) |i| {
    buf += i + i ^ (i*i);
  }
  io::println(buf.to_str());
}

和

#include <stdio.h>
int main()
{
  unsigned long long buf = 0;
  for(unsigned long long i = 0; i < 1000000000; ++i) {
    buf += i + i ^ (i * i);
  }
  printf("%llu\n", buf);
  return 0;
}

给了我

real    0m0.700s
user    0m0.692s
sys     0m0.004s

和

real    0m0.698s
user    0m0.692s
sys     0m0.000s

分别为

（两个编译器均为-O）。

Rust优化循环？

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