為什麼 C 的 stdin 行讀取速度明顯慢於 Python，如何改進？

為什麼在 C 語言中從 stdin 讀取行明顯比 Python 慢？

在本文中，我們旨在研究為什麼從標準輸入（stdin）讀取字串資料行）使用 C 通常比 Python 慢得多。我們首先檢查提供的程式碼，確定潛在的關注領域。

C 程式碼

string input_line;
long line_count = 0;
time_t start = time(NULL);
int sec;
int lps;

while (cin) {
    getline(cin, input_line);
    if (!cin.eof())
        line_count++;
}

此程式碼使用 getline() 讀取文字行stdin 並計算檔案中的行數。但是，它在內部循環中一次讀取文件的每個字元。這種方法效率低下，會導致過多的系統調用，從而導致執行緩慢。

C Streams 的預設設定

與 Python 不同，C Streams 的預設設定優先與 C 風格標準同步輸入和輸出功能。這種同步可確保 C 和 C 流一致地存取輸入和輸出資源。然而，這種同步也會阻止 C 流使用更有效率的緩衝機制。

cin 與 stdio 同步，這會導致它避免任何輸入緩衝。因此，cin 一次只能讀取一個字符，使得過程更加耗時。

效能改進

為了提高 C 程式碼的效能，我們可以停用 cin 和 stdio 之間的同步。透過在程式開頭加入語句 cin.sync_with_stdio(false)，我們可以允許 C 流獨立緩衝其 I/O，從而顯著提高速度。

替代方案：使用 fgets

另一個提高效能的有效方法是使用 fgets() 而不是getline()。 fgets 是一個 C 函數，它從 stdin 讀取指定數量的字元到字元陣列中，從而更好地控制緩衝過程。

基準測試結果

示範效能差異，使用包含 1 億行的檔案進行基準測試。使用原始（同步）C 程式碼、停用同步的 C 程式碼和 Python 的結果如下：

Implementation	Lines per Second
Python (default)	3,571,428
cin (default/naive)	819,672
cin (no sync)	12,500,000
fgets	14,285,714
wc (not a fair comparison)	54,644,808

在 C 中停用同步帶來了顯著的改進，而使用 fgets 提供了更好的效能。需要注意的是，使用 wc 並不是一個公平的比較，因為它是專門為計數行而設計的。

結論

透過了解C 流的預設設定並實現適當的最佳化，例如停用串流同步或使用fgets，可以顯著提高C 程式碼從stdin 讀取行的性能，使其與Python 對應物相當甚至更快。

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