Почему эта программа Rust настолько медленная? Я что-то пропустил?

Я читал Минимальное расстояние в метрике Манхэттена и переписал авторскую "наивную" реализацию в Rust. Вариант С++:

#include <utility>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>

std::pair<int, int> pointsA[1000001];
std::pair<int, int> pointsB[1000001];

int main() {
    int n, t;
    unsigned long long dist;

    scanf("%d", &t);

    while(t-->0) {
        dist = 4000000000LL;
        scanf("%d", &n);

        for(int i = 0; i < n; i++) {
            scanf("%d%d", &pointsA[i].first, &pointsA[i].second);
        }

        for(int i = 0; i < n; i++) {
            scanf("%d%d", &pointsB[i].first, &pointsB[i].second);
        }

        for(int i = 0; i < n ;i++) {
            for(int j = 0; j < n ; j++) {
                if(abs(pointsA[i].first - pointsB[j].first) + abs(pointsA[i].second - pointsB[j].second) < dist)
                    dist = abs(pointsA[i].first - pointsB[j].first) + abs(pointsA[i].second - pointsB[j].second);
            }
        }
        printf("%lld\n", dist);
    }
}

Вариант ржавчины:

use std::io;
use std::io::BufReader;
use std::io::BufRead;

fn read_array(stdin: &mut BufReader<io::Stdin>, array_len: usize, points: &mut Vec<(i32, i32)>) {
    let mut line = String::new();
    for _ in 0..array_len {
        line.clear();
        stdin.read_line(&mut line).unwrap();
        let mut item = line.split_whitespace();
        let x = item.next().unwrap().parse().unwrap();
        let y = item.next().unwrap().parse().unwrap();
        points.push((x, y));
    }
}

fn manhattan_dist(a: &(i32, i32), b: &(i32, i32)) -> u32 {
    ((a.0 - b.0).abs() + (a.1 - b.1).abs()) as u32
}

fn main() {
    let mut line = String::new();
    let mut stdin = BufReader::new(io::stdin());
    stdin.read_line(&mut line).unwrap();
    let n_iters = line.trim_right().parse::<usize>().unwrap();
    let mut points_a = Vec::with_capacity(10000);
    let mut points_b = Vec::with_capacity(10000);
    for _ in 0..n_iters {
        line.clear();
        stdin.read_line(&mut line).unwrap();
        let set_len = line.trim_right().parse::<usize>().unwrap();
        points_a.clear();
        points_b.clear();
        read_array(&mut stdin, set_len, &mut points_a);
        read_array(&mut stdin, set_len, &mut points_b);
        let mut dist = u32::max_value();
        for i in points_a.iter() {
            for j in points_b.iter() {
                dist = std::cmp::min(manhattan_dist(i, j), dist);
            }
        }
        println!("{}", dist);
    }
}

Затем я сгенерировал данные с помощью Python script:

import random

ITER = 100
N = 10000
MAX_INT = 1000000

print("%d" % ITER)

for _ in range(0, ITER):
    print("%d" % N)
    for _ in range(0, N):
        print(random.randrange(-MAX_INT, MAX_INT + 1), random.randrange(1, MAX_INT + 1))
    for _ in range(0, N):
        print(random.randrange(-MAX_INT, MAX_INT + 1), random.randrange(-MAX_INT, 0))

И скомпилировал оба варианта с g++ -Ofast -march=native и rustc -C opt-level=3 соответственно. Сроки:

С++

real    0m7.789s
user    0m7.760s
sys     0m0.020s

Ржавчина

real    0m28.589s
user    0m28.570s
sys     0m0.010s

Почему мой код Rust в четыре раза медленнее, чем вариант С++? Я использую Rust 1.12.0-beta.1.

Я добавил измерения времени:

let now = SystemTime::now();
line.clear();
stdin.read_line(&mut line).unwrap();
let set_len = line.trim_right().parse::<usize>().unwrap();
points_a.clear();
points_b.clear();
read_array(&mut stdin, set_len, &mut points_a);
read_array(&mut stdin, set_len, &mut points_b);
io_time += now.elapsed().unwrap();

let now = SystemTime::now();
let mut dist = u32::max_value();
for i in points_a.iter() {
    for j in points_b.iter() {
        dist = std::cmp::min(manhattan_dist(i, j), dist);
    }
}
calc_time += now.elapsed().unwrap();

И writeln!(&mut std::io::stderr(), "io_time: {}, calc_time: {}", io_time.as_secs(), calc_time.as_secs()).unwrap(); печатает io_time: 0, calc_time: 27.

Я пробовал ночной rustc 1.13.0-nightly (e9bc1bac8 2016-08-24):

$ time ./test_rust < data.txt  > test3_res
io_time: 0, calc_time: 19

real    0m19.592s
user    0m19.560s
sys     0m0.020s
$ time ./test1 < data.txt  > test1_res

real    0m7.797s
user    0m7.780s
sys     0m0.010s

Таким образом, сейчас это ~ 2.7x разница на Core i7.

Ответы

Ответ 1

Разница, конечно, -march=native... вид. Rust имеет это через -C target_cpu=native, но это не дает того же преимущества скорости. Это связано с тем, что LLVM не хочет векторизовать в этом контексте, тогда как GCC. Вы можете заметить, что с помощью Clang компилятор С++, который также использует LLVM, также производит относительно медленный код.

Чтобы стимулировать LLVM к векторизации, вы можете переместить основной цикл в отдельную функцию. Кроме того, вы можете использовать локальный блок. Если вы аккуратно напишите код

let dist = {
    let mut dist = i32::max_value();
    for &(a, b) in &points_a[..n] {
        for &(c, d) in &points_b[..n] {
            dist = std::cmp::min(((a - c).abs() + (b - d).abs()), dist);
        }
    }
    dist
} as u32;

разница между Rust и С++ тогда почти пренебрежимо мала (~ 4%).

Ответ 2

Подавляющее большинство производительности, которые вы видите на С++, связано с флагом -march=native.

Этот флаг не является эквивалентным знаком Rust --release. Он использует инструкции CPU, специфичные для процессора, на котором он скомпилирован, поэтому математика, в частности, будет быстрее.

Удаление этого флага ставит код С++ через 19 секунд.

Тогда существует небезопасность, присутствующая в коде С++. Ни один вход не установлен. Код Rust проверяет его, вы используете .unwrap() - unwrap имеет стоимость исполнения, есть утверждение, затем код, необходимый для размотки и т.д.

Используя if let вместо raw unwrap s или игнорируя результаты, где это возможно, снова возвращает код Rust.

Ржавчина: 22 секунды

С++: 19 секунд

Где идут 3 секунды? Немного поиграть заставляет меня поверить в это println! vs. printf, но у меня нет жестких чисел для кода на С++. Я могу сказать, что код Rust падает до 13 секунд, когда я выполняю печать за пределами эталона.

TL;DR: ваши флагов компилятора различны, а ваш код на С++ не безопасен.

Ответ 3

Я не вижу разницы во времени выполнения. На моей машине

С++:

real    0m19.672s
user    0m19.636s
sys     0m0.060s

Ржавчина:

real    0m19.047s
user    0m19.028s
sys     0m0.040s

Я скомпилировал код Rust с помощью rustc -O test.rs -o ./test и кода С++ с помощью g++ -Ofast test.cpp -o test.

Я запускаю Ubuntu 16.04 с ядром Linux 4.6.3-040603-generic. На ноутбуке, на котором я работал, есть процессор Intel Core i5-6200U и 8 ГБ оперативной памяти, ничего особенного.