关于macos：为什么Swift在这个图像处理测试中比C慢100倍？

Why Swift is 100 times slower than C in this image processing test?

本问题已经有最佳答案，请猛点这里访问。

像许多其他开发者一样，我对苹果的新的Swift语言感到非常兴奋。苹果声称它的速度比目标C快，可以用来编写操作系统。据我目前所学，它是一种静态类型的语言，能够精确地控制精确的数据类型(比如整数长度)。所以，它看起来确实有很好的潜在处理性能关键任务，比如图像处理，对吧？

这就是我在做快速测试之前的想法。结果真让我吃惊。

下面是C中的一个简单代码段：

测试：C：

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#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>

uint8_t pixels[640*480];
uint8_t alpha[640*480];
uint8_t blended[640*480];

void blend(uint8_t* px, uint8_t* al, uint8_t* result, int size)
{
for(int i=0; i<size; i++) {
result[i] = (uint8_t)(((uint16_t)px[i]) *al[i] /255);
}
}

int main(void)
{
memset(pixels, 128, 640*480);
memset(alpha, 128, 640*480);
memset(blended, 255, 640*480);

// Test 10 frames
for(int i=0; i<10; i++) {
blend(pixels, alpha, blended, 640*480);
}

return 0;
}

我用以下命令在我的MacBook Air 2011上编译了它：

1	clang -O3 test.c -o test

10帧处理时间约为0.01s，换言之，C码1 ms处理一帧：

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$ time ./test
real 0m0.010s
user 0m0.006s
sys 0m0.003s

然后我有一个快速版本的相同代码：

斯威夫特：

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let pixels = UInt8[](count: 640*480, repeatedValue: 128)
let alpha = UInt8[](count: 640*480, repeatedValue: 128)
let blended = UInt8[](count: 640*480, repeatedValue: 255)

func blend(px: UInt8[], al: UInt8[], result: UInt8[], size: Int)
{
for(var i=0; i<size; i++) {
var b = (UInt16)(px[i]) * (UInt16)(al[i])
result[i] = (UInt8)(b/255)
}
}

for i in 0..10 {
blend(pixels, alpha, blended, 640*480)
}

生成命令行是：

1	xcrun swift -O3 test.swift -o test

在这里，我使用相同的O3级优化标志，希望能够公平地进行比较。但是，产生的速度慢了100倍：

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$ time ./test

real 0m1.172s
user 0m1.146s
sys 0m0.006s

换言之，处理一帧需要大约120ms的时间，而处理一帧只需要1 ms的时间。

怎么搞的？

更新：我正在使用clang:

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$ gcc -v
Configured with: --prefix=/Applications/Xcode6-Beta.app/Contents/Developer/usr --with-gxx-include-dir=/usr/include/c++/4.2.1
Apple LLVM version 6.0 (clang-600.0.34.4) (based on LLVM 3.5svn)
Target: x86_64-apple-darwin13.2.0
Thread model: posix

更新：不同运行迭代的更多结果：

这里是不同数量"帧"的结果，即将主for循环数从10更改为其他数字。注意，现在我的C代码时间更快了(缓存热？)虽然时间变化不大：

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C Time (s) Swift Time (s)
1 frame: 0.005 0.130
10 frames(*): 0.006 1.196
20 frames: 0.008 2.397
100 frames: 0.024 11.668

更新：`-ofast`帮助

有了@mweathers建议的-Ofast，快速速度达到了合理的范围。

在我的笔记本电脑上，带-Ofast的Swift版本10帧0.013秒，100帧0.048秒，接近C性能的一半。