C和Java效率对比试验和编译器优化影响

首先得承认这不是一个好例子，逻辑过于简单，受环境的干扰也特别大。不能作为评价一门语言综合效率的用例，仅仅是基于个人兴趣的小实验的记录。

C语言版本1

#include<stdio.h>
int main{
    long a = 0;
    for(long i=0; i<100000000; i++){
        a += i;
    }
    printf("%ld\n", a);
    return0;
}

Java版本1

public class T{
    publicstaticvoid main(String args[]){
        long a =0;
        for(long i=0; i<100000000;++i){
 a += i;
        }
        System.out.println(a);
    }
}

如以上代码所示，计算0到100000000的累加值，测试过程及结果如下

gcc t.c
time ./a.out
4999999950000000
real    0m0.237s
user    0m0.234s
sys 0m0.002s

javac T.java
time java T
4999999950000000
real    0m0.123s
user    0m0.108s
sys 0m0.020s

神奇的结果，以效率著称的C输给了Java，Java版本的用时大概是C版本的1/2； 不过以上的结果是在gcc未开启编译优化的情况下得出的，让我们看看开启优化后的情况；开启O2优化后的测试结果

gcc -O2 t.c
time ./a.out
4999999950000000
real    0m0.003s
user    0m0.001s
sys 0m0.002s

效果不可思议的好，都不能用提速多少倍来评价了，像作弊了一样；我们有必要看一看优化都做了什么，首先查看一下不开启优化时的汇编代码；

LBB0_1: ## =>This Inner Loop Header: Depth=1
cmpq    $100000000, -24(%rbp)   ## imm = 0x5F5E100
jge LBB0_4
## BB#2: ##   in Loop: Header=BB0_1 Depth=1
movq    -24(%rbp), %rax
movq    -16(%rbp), %rcx
addq    %rax, %rcx
movq    %rcx, -16(%rbp)
## BB#3: ##   in Loop: Header=BB0_1 Depth=1
movq    -24(%rbp), %rax
addq    $1, %rax
movq    %rax, -24(%rbp)
jmp LBB0_1

代码很简单，循环的汇编版本，栈变量 -24(%rbp)与常量$100000000进行比较，大于等于时则跳出循环，否则进入循环进行累加，累加值放在-16(%rbp)另一个栈变量里;

然后是开启优化之后的汇编代码，只看关键部分

movabsq $4999999950000000, %rsi ## imm = 0x11C37934E58F80

编译器直接把循环优化掉，算出了最终结果；这实在是很神奇，编译器优化是我的知识盲区；不过我怀疑，我们平时的业务代码中，可能能进行这么彻底的优化的用例不是那么多；常量循环累加可能太简单了，我们稍微把逻辑增加一些，让循环次数作为一个变量从外部获得；

C语言版本2

#include<stdio.h>
int main(int args,char* argv[]){
    long a =0;
    long x =0;
    sscanf(argv[1],"%ld",&x);
    for(long i=0; i<x; i++){
        a += i;
    }
    printf("%ld\n", a);
    return0;
}

查看不优化时的汇编代码如下，

LBB0_1: ## =>This Inner Loop Header: Depth=1
movq    -40(%rbp), %rax
cmpq    -32(%rbp), %rax
jge LBB0_4
## BB#2: ##   in Loop: Header=BB0_1 Depth=1
movq    -40(%rbp), %rax
movq    -24(%rbp), %rcx
addq    %rax, %rcx
movq    %rcx, -24(%rbp)
## BB#3: ##   in Loop: Header=BB0_1 Depth=1
movq    -40(%rbp), %rax
addq    $1, %rax
movq    %rax, -40(%rbp)
jmp LBB0_1

和常量循环的代码差不多，比较变量，进入循环累加或者跳出，设定同样的循环次数，和常量循环版本运行结果几乎一样；然后查看优化之后的汇编代码如下；

## BB#1: ## %.lr.ph
movl    $1, %ecx
cmovgq  %rax, %rcx
leaq    -1(%rcx), %rax
leaq    -2(%rcx), %rdx
mulq    %rdx
shldq   $63, %rax, %rdx
leaq    -1(%rcx,%rdx), %rbx

这段代码以我微薄的汇编水平理解起来非常的吃力，cmov代表“如果src大于dst则进行移动”，lea是使用内存寻址计算指令进行计算，shld是逻辑左移；用高级语言来表示上面这段代码的意义为 (x-1)(x-2)/2 + x - 1，简化一下的话是x(x-1)/2，计算之后的结果确实是从0累加到x-1的值；也是算法级别的优化，直接把循环变为同等意义的多项式；

不过我还是觉得，一般的业务逻辑代码可能得不到这种级别的优化，有机会要在复杂度上做更多的实验，来验证这个问题；

需要提出的问题1，是Java有没有类似的优化参数和过程？2，假设Java没有优化，为什么会比同样没有优化的C代码快？

问题1需要等Java高手来解答，对于问题2，我听说过一个听起来很有道理的解释是这样的，C的编译器要保证编译出的指令在大部分CPU上正常运行，所以只能使用老的通用指令，而CPU不断发展，产生了很多新的速度更快的指令，jvm是有能力根据不同的平台选择最优指令的，所以同样的指令逻辑，Java非常有可能会更快一些；