Обзор и тестирование компиляторов С++

Компиляторы семейства gccи clangс опцией O0 сгенерировали код, который выполняетсябыстрее, чем выполняется код, сгенерированный этими же компиляторами с использованием vector<bool>.Результаты бенчмарка2 В данном пункте будут приведены результаты тестирования выбранных компиляторов на задаче сортировки массива чисел типа double. Числа задавались генератором псевдослучайных чисел библиотеки языка Сsrand. В таблицах 16−21 приведено время выполнения программы в секундах, реализующей алгоритм быстрой сортировки (см. глава 2, задача 2).Таблица 16. Время выполнения © задачи 2, компилятор gcc 4.8Ключ оптимизацииk = 1k = 10k = 100k = 1000O00.

0100.

0871.

1 511.

637O10.

0050.

0330.

4615.

148O20.

0030.

0320.

4295.

182O30.

0030.

0320.

4245.

028Таблица 17. Время выполнения © задачи 2, компилятор gcc 4.6Ключ оптимизацииk = 1k = 10k = 100k = 1000O00.

0100.

0901.

2 111.

932O10.

0030.

0370.

4405.

091O20.

0030.

0420.

4465.

211O30.

0030.

0410.

4245.

072Сравнив результаты, представленные в таблице 16 и 17, получаем, что код сгенерированный компилятором gcc 4.8 (для задачи 2, на массиве) с оптимизацией O2 и с оптимизациейO3выполнился быстрее, чем код сгенерированный gcc 4.

6.Но с теми же условиями, только с ключом оптимизации O1 быстрее отработал код, сгенерированный gcc 4.

6.Таблица 18. Время выполнения © задачи 2, компилятор clang3.

4.Ключ оптимизацииk = 1k = 10k = 100k = 1000O00.

0080.

0831.

19 513.

806O10.

0050.

0450.

6418.

173O20.

0030.

0350.

3985.

170O30.

0030.

0320.

3885.

124Таблица 19. Время выполнения © задачи 2, компилятор clang3.

2.Ключ оптимизацииk = 1k = 10k = 100k = 1000O00.

0100.

0891.

7 812.

341O10.

0090.

0680.

6617.

618O20.

0030.

0350.

4004.

579O30.

0030.

0370.

4084.

581Сравнив результаты таблиц 18 и 19, получаем, что код сгенерированный компилятором clang 3.2 (на массивечисел) выполнился быстрее, чем код сгенерированный clang3.

4.Таблица 20. Время выполнения задачи 2 ©, компиляторcl 18Ключ оптимизацииk = 1k = 10k = 100k = 1000Od0.

0120.

0871.

4 311.

509O10.

0030.

0310.

3213.

335O20.

0030.

0270.

3113.

174Ox0.

0030.

0280.

3133.

073Таблица 21. Время выполнения задачи 2 ©, компиляторcl 16Ключ оптимизацииk = 1k = 10k = 100k = 1000Od0.

0110.

0891.

1012.

274O10.

0030.

0290.

3233.

204O20.

0030.

0270.

2963.

071Ox0.

0030.

0270.

3133.

069На диаграмме3 представлены результаты тестирования для массива чисел типа doubleразмерностью .По результатам тестирования можно сделать вывод, что данный тест при включенной оптимизации быстрее прошли компиляторы от Microsoft. На первом месте оказался компилятор cl 16, на втором — компилятор cl 18. Диаграмма3.Быстрее других без включения оптимизации выполнился код, сгенерированный компилятором cl 18, на втором месте — код, сгенерированный gcc 4.

8.

Заключение

.

В результате данной работыбыло произведено тестирование компиляторов: clang 3.4, clang 3.2, gcc 4.8, gcc 4.6, cl 18, cl 16 на тестовых задачах «Решето Эратосфена» и быстрая сортировка массива чисел типа double. Измерялось время выполнения кода, сгенерированного компилятором без включения оптимизации во время компиляции и с включением различных оптимизаций. На данных тестовых задачах видно, что при включенных опциях оптимизации все рассматриваемые компиляторы генерировали код, который выполнялся быстрее, чем без них. В процессе проведенных в работе исследований получены следующие результаты:

задача «Решето Эратосфена"в качестве массивав реализации использованvector<bool>:опция оптимизации O1 наилучший результат показывает gcc 4.8;опция оптимизации O2 и O3 наилучший результат показывает clang 3.4 В качестве массивав реализациииспользованvector<char>:с оптимизацией O1, O2 и O3быстрееостальныхотработал код, сгенерированный cl 18. Быстрая сортировка массива:

с оптимизацией O1, O2 и O3быстрееостальныхотработал код, сгенерированный cl 16. Как и ожидалось, компиляторы от Microsoftнеплохо проявили себя в тестах, даже выиграв второй тест (это может объясняться тем, что компиляторы Microsoft оптимизированы под Windows, а gccи clangявляются кроссплатформенными).

Список литературы

Першиков В. И., Савинков В. М. Толковый словарь по информатике / Рецензенты: канд.

физ.-мат. наук А. С. Марков и д-р физ.-мат. наук И. В.

Поттосин. — М.: Финансы и статистика, 1991 Aho, Sethi, Ullman, Compilers: Principles, Techniques, and Tools, Addison-Wesley, -2 ed. 2007MicrosoftVisualStudio 2010 [Электронныйресурс] - Режим доступа:

http://msdn.microsoft.com/ru-ru/library/vstudio/52f3sw5c (v=vs.100).aspxGCC, theGNUCompilerCollection [Электронный ресурс] - Режим доступа:

https://gcc.gnu.org/TheLLVMCompilerInfrastructure [Электронный ресурс] - Режим доступа:

http://llvm.org/clang: a C language family frontend for LLVM [Электронныйресурс] - Режимдоступа:

http://clang.llvm.org/The LLVM Target-Independent Code Generator [Электронный ресурс] - Режимдоступа:

http://llvm.org/docs/CodeGenerator.htmlSedgewick, Robert (1992). Algorithms in C++. Addison-Wesley. ISBN 0−201−51 059−6., p. 16GCC 4.6 Release Series Changes, New Features, and Fixes[Электронный ресурс] - Режим доступа:

https://gcc.gnu.org/gcc-4.6/changes.htmlGCC 4.8 Release Series Changes, New Features, and Fixes[Электронный ресурс] - Режим доступа:

https://gcc.gnu.org/gcc-4.8/changes.htmlПриложение.

Листинг 1. benchmark_eratosthenes.cpp#include <iostream>#include <vector>#include <cmath>#include «timer.h» constint number = 1 000 000;voideratosthenes (intn) {// квадратный корень, округленный до большего целогоintsqrt_n = static_cast<int>(std:sqrt (static_cast<double>(n)))+1;// массив, для хранения значений, TYPE — тип элементов массива // и должен быть задан в опциях при компиляции какDTYPE=bool илиDTYPE=charstd:vector<TYPE> primes (n, true); timer: StartTimer ();// алгоритмрешетаfor (inti = 2; i < sqrt_n; ++i) {if (primes[i]) {for (int j = i*i; j < n; j += i) primes[j] = false; } } // конецалгоритма std: cout << timer: Timer () << «sn»; // выводвремениработы}int main () {for (inti = 0; i < 4; ++i) {switch (i) {case 0: eratosthenes (number); break;case 1: eratosthenes (number*10); break;case 2: eratosthenes (number*100); break;case 3: eratosthenes (number*1000); break;}}return 0;} Листинг2. benchmark_qs.cpp#include <algorithm>#include <vector>#include <iostream>#include <cstdlib>#include «timer.h» template<typenameIterator>boolcheckSort (Iterator first, Iterator last) {Iteratorprev = first;first++;while (first ≠ last) {if (*first++ < *prev++) {return false;}}return true;}// QuickSorttemplate <typename T>voidQuickSort (std:vector<T>& ar, int left, int right) {inti = left, j = right;T pivot = ar[(left+right)/2]; while (i <= j) {while (ar[i] < pivot) i++;while (ar[j] > pivot) j—;if (i <= j) {std:swap (ar[i], ar[j]);i++; j—;}}if (left < j) QuickSort (ar, left, j);if (i < right) QuickSort (ar, i, right); }void process (int size) {srand (size + 123);std:vector<double> numbers (size);// initialize the table to sortdouble* master_table = new double[size]; for (int n = 0; n < size; ++n)master_table[n] = static_cast<double>(rand ());boolisCheck = false;timer:StartTimer ();std:copy (master_table, master_table+size, numbers. begin ());QuickSort (numbers, 0, size-1);isCheck = checkSort (&numbers[0], &numbers[0] + size);if (isCheck)std:cout << timer: Timer () << «sn»; else std: cerr << «fail!n» ;// free memorydelete[] master_table;}int main () {int n = 30 000;for (inti = 0; i < 4; ++i) {switch (i) {case 0: process (n); break;case 1: process (n*10); break;case 2: process (n*100); break;case 3: process (n*1000); break;}}return 0;}.