[不專業研究]for、while、goto效能評比
本文轉貼自友站 可雷塔的計算機科學研究所
我們常常聽說goto是一把雙面刃，它可以在程式碼中像任意門一樣穿梭自如，但是卻破壞了程式碼的結構與可讀性。
但是，goto的優點只有跳躍而已嗎？
本文將設計針對for、while、goto的效能做比較的實驗，探討goto是否能對程式碼的效能進行優化。
測試環境：
程式語言：C++
作業系統：Windows7
CPU：Intel i5-3470
使用IDE及編譯器：Visual Studio 2019
平台模式：64位元，debug模式(無最佳化)
以下是實驗程式碼：
我們常常聽說goto是一把雙面刃，它可以在程式碼中像任意門一樣穿梭自如，但是卻破壞了程式碼的結構與可讀性。
但是，goto的優點只有跳躍而已嗎？
本文將設計針對for、while、goto的效能做比較的實驗，探討goto是否能對程式碼的效能進行優化。
測試環境：
程式語言：C++
作業系統：Windows7
CPU：Intel i5-3470
使用IDE及編譯器：Visual Studio 2019
平台模式：64位元，debug模式(無最佳化)
以下是實驗程式碼：
unsigned
int length = 1024 *
1024 * 1024 * 10;
int
length2 = 1024 * 1024 * 1024;
int
key = 0;
std::cout <<
"一層迴圈\n"
;
i = 0;
clock.restart();
for
(i = 0;i < length;i++)
{
key = i;
}
std::cout <<
"for的時間為"
<< clock.GetTime() <<
"毫秒\n"
;
i = 0;
clock.restart();
while
(i < length)
{
key = i;
i++;
}
std::cout <<
"while的時間為"
<< clock.GetTime() <<
"毫秒\n"
;
i = 0;
clock.restart();
flag0:
key = i;
i++;
if
(i < length) goto
flag0;
std::cout <<
"goto的時間為"
<< clock.GetTime() <<
"毫秒\n"
;
std::cout <<
"二層迴圈\n"
;
i = 0;
j = 0;
clock.restart();
for
(j = 0;j < 10;j++) {
for
(i = 0;i < length2;i++)
{
key
= i;
}
}
std::cout <<
"for的時間為"
<< clock.GetTime() <<
"毫秒\n"
;
j = 0;
i = 0;
clock.restart();
while
(j < 10) {
i = 0;
while
(i < length2)
{
key
= i;
i++;
}
j++;
}
std::cout <<
"while的時間為"
<< clock.GetTime() <<
"毫秒\n"
;
i = 0;
j = 0;
clock.restart();
flag:
i = 0;
flag2:
key = i;
i++;
if
(i < length2) goto
flag2;
j++;
if
(j < 10) goto
flag;
std::cout <<
"goto的時間為"
<< clock.GetTime() <<
"毫秒\n"
;
我們分別利用單層迴圈和雙層迴圈測試for、while、goto的效能。
首先，定義了一個 unsigned int的變數length，大小為1024 * 1024 * 1024 * 10。
然後分別設計for、while、goto的單層迴圈去運行它，次數為length。
然後，定義了一個 int的變數length2，大小為1024 * 1024 * 1024。
然後分別設計for、while、goto的雙層迴圈去運行它，次數為10*length2。
所以，單層迴圈和雙層迴圈運轉的次數是一樣的。
最後，我們在迴圈中加入了key=i，模擬實際迴圈中常見的狀況。
測試結果：
在一層迴圈中，for的效能最差，花費時間為4627毫秒，次之則為while，為4426毫秒，令人驚訝的是，goto的效能竟然最高，僅花費了4402毫秒。
然而，進入第二階段的雙層迴圈試驗，原本趨於劣勢的for迴圈竟逆轉局勢並驚險的勝出，花費了22026毫秒，而goto在這場比賽則敬陪末座，總花費時間為22119毫秒。
但是，真的只差了一點點，我們再重跑一次程式：
在第二次，在一層迴圈中，一樣是由goto勝出，但是呢，在雙層迴圈中，goto再次贏過for和while拿下勝利，總花費時間為22018毫秒，while則敬陪末座。
可見在第二層迴圈中，三者的速度是差不多的。
但是，如何讓goto在雙層迴圈中發揮它在單層迴圈的優勢呢？
我們再做個實驗
unsigned
int length = 1024 *
1024 * 1024 * 10;
int
length2 = 1024 * 1024 * 1024;
int
key = 0;
i = 0;
j = 0;
clock.restart();
for
(j = 0;j < 10;j++) {
for
(i = 0;i < length2;i++)
{
key
= i;
}
}
std::cout <<
"for+for的時間為"
<< clock.GetTime() <<
"毫秒\n"
;
i = 0;
j = 0;
clock.restart();
for
(j = 0;j < 10;j++)
{
i = 0;
flag1:
i++;
key = i;
if
(i < length2)goto
flag1;
}
std::cout <<
"for+goto的時間為"
<< clock.GetTime() <<
"毫秒\n"
;
i = 0;
j = 0;
clock.restart();
flag3:
i = 0;
for
(i = 0;i < length2;i++)
{
key = i;
}
j++;
if
(j < 10) goto
flag3;
std::cout <<
"goto+for的時間為"
<< clock.GetTime() <<
"毫秒\n"
;
在這一次，我們分別使用雙層for迴圈、外圈為for內圈為goto、外圈為goto內圈為for，來做測試，跑的次數跟上一次的實驗一樣。
測試結果：
果不其然，讓goto在內層迴圈，效能上會有顯著優勢，而放在外層則不具有優勢。
為了防止運氣問題，我們再讓程式跑一次：
一樣的，for+goto再度以19074毫秒壓倒性的勝出，for+for最差，為22196毫秒，goto+for則為22123毫秒
結論：
在單層迴圈中，goto在效能上會比for和while來的有優勢，而在雙層迴圈中，goto在內層迴圈中依然可以為效能帶來貢獻。
這次的for、while、goto不專業效能評比就到這邊結束了，如果有其他點子想測試的，歡迎留言一起來做討論，我們下次見囉！
