C#的性能到底有多差？

苗嘉惠 发表于 2025-5-29 19:43:33

这篇文章带领大家来看看c#的性能问题。当然了，作为比较的选手是c/c++。
首先说说测试环境：

操作系统：win7 旗舰版
内存：2GB
硬盘：160GB
处理器：Intel Pentium Dual CPU T2330 @ 1.60GHZ

本文打算基于以下几个方面讨论：
1.CPU使用情况；
2.内存使用情况；
3.基本类型的四则运算能力；
4.数学函数运算能力；
5.I/O操作能力；
6.数组运算能力；
7.异常处理能力；8.STL vs FCL；9.算法HeapSort；10.矩阵乘；11.嵌套for循环；12.字符串连接。
接下来，我们一个一个详细地说：（注，测试程序都是直接运行编译后的exe）
1.CPU使用情况

在程序的整个运行过程中，两者的CPU占用情况都在50%上下浮动，算是不分上下。
2.内存使用情况

这里列一组程序执行过程中我记录的数据：c/c++：216kb，832kb，904kb，944kb，1336kb。c#：1972kb，1980kb，2000kb，2372kb，3024kb，5156kb。通过这组数据，不难发现，在内存使用方面c#可算是一败涂地。注：希望有人能解释下c#为什么会出现这种一路飙升的情况呢？！
3.基本类型的四则运算能力

费话不多说了，上代码：（注，所有的图中时间单位均为毫秒ms）c/c++的：针对int的 1 double intArithmetic(">int intMax) 2 { 3 double elapsedTime; 4 clock_t stopTime; 5 int intResult = 1; 6 int i = 1; 7 8 clock_t startTime = clock(); 9 while (i < intMax) 10 { 11 intResult -= i++; 12 intResult += i++; 13 intResult *= i++; 14 intResult /= i++; 15 } 16 stopTime = clock(); 17 18 elapsedTime = (stopTime - startTime) / (CLOCKS_PER_SEC / (double) 1000.0); 19 printf("Int arithmetic elapsed time: %1.0f ms with intMax of %ld\n", elapsedTime, intMax); 20 printf(" i: %d\n", i); 21 printf(" intResult: %d\n", intResult); 22 return elapsedTime; 23 }
c#的：针对int的 1 static long intArithmetic(int intMax) 2 { 3 long elapsedMilliseconds; 4 int intResult = 1; 5 int i = 0; 6 7 stopwatch.Start(); 8 while (i < intMax) 9 { 10 intResult -= i++; 11 intResult += i++; 12 intResult *= i++; 13 intResult /= i++; 14 } 15 elapsedMilliseconds = stopwatch.ElapsedMilliseconds; 16 stopwatch.Reset(); 17 18 Console.WriteLine("Int arithmetic elapsed time: " + elapsedMilliseconds + 19 " ms with max of " + intMax); 20 Console.WriteLine(" i: " + i); 21 Console.WriteLine(" intResult: " + intResult); 22 return elapsedMilliseconds; 23 }对比结果见下图：

c/c++的：针对double的 1 double doubleArithmetic(double doubleMin, double doubleMax) 2 { 3 double elapsedTime; 4 clock_t stopTime; 5 clock_t startTime = clock(); 6 7 double doubleResult = doubleMin; 8 double i = doubleMin; 9 while (i < doubleMax) 10 { 11 doubleResult -= i++; 12 doubleResult += i++; 13 doubleResult *= i++; 14 doubleResult /= i++; 15 } 16 17 stopTime = clock(); 18 elapsedTime = (stopTime - startTime) / (CLOCKS_PER_SEC / (double) 1000.0); 19 printf("Double arithmetic elapsed time: %1.0f ms with doubleMin %.15f, doubleMax %.15f\n", elapsedTime, doubleMin, doubleMax); 20 printf(" i: %f\n", i); 21 printf(" doubleResult: %.15f\n", doubleResult); 22 return elapsedTime; 23 }
c#的：针对double的 1 static long doubleArithmetic(double doubleMin, double doubleMax) 2 { 3 long elapsedMilliseconds; 4 double doubleResult = doubleMin; 5 double i = doubleMin; 6 7 stopwatch.Start(); 8 while (i < doubleMax) 9 { 10 doubleResult -= i++; 11 doubleResult += i++; 12 doubleResult *= i++; 13 doubleResult /= i++; 14 } 15 elapsedMilliseconds = stopwatch.ElapsedMilliseconds; 16 stopwatch.Reset(); 17 18 Console.WriteLine("Double arithmetic elapsed time: " + elapsedMilliseconds + 19 " ms with min of " + doubleMin + ", max of " + doubleMax); 20 Console.WriteLine(" i: " + i); 21 Console.WriteLine(" doubleResult: " + doubleResult); 22 return elapsedMilliseconds; 23 }对比结果见下图：

c/c++的：针对long的 1 double longArithmetic(long long longMin, long long longMax) 2 { 3 double elapsedTime; 4 clock_t stopTime; 5 clock_t startTime = clock(); 6 7 long long longResult = longMin; 8 long long i = longMin; 9 while (i < longMax) 10 { 11 longResult -= i++; 12 longResult += i++; 13 longResult *= i++; 14 longResult /= i++; 15 } 16 17 stopTime = clock(); 18 elapsedTime = (stopTime - startTime) / (CLOCKS_PER_SEC / (double) 1000.0); 19 printf("Long arithmetic elapsed time: %1.0f ms with longMax %I64d\n", elapsedTime, longMax); 20 printf(" i: %I64d\n", i); 21 printf(" longResult: %I64d\n", longResult); 22 return elapsedTime; 23 }
c#的：针对long的 1 static long longArithmetic(long intMin, long intMax) 2 { 3 long elapsedMilliseconds; 4 long intResult = intMin; 5 long i = intMin; 6 7 stopwatch.Start(); 8 while (i < intMax) 9 { 10 intResult -= i++; 11 intResult += i++; 12 intResult *= i++; 13 intResult /= i++; 14 } 15 elapsedMilliseconds = stopwatch.ElapsedMilliseconds; 16 stopwatch.Reset(); 17 18 Console.WriteLine("long arithmetic elapsed time: " + elapsedMilliseconds + 19 " ms with min of " + intMin + ", max of " + intMax); 20 Console.WriteLine(" i: " + i); 21 Console.WriteLine(" intResult: " + intResult); 22 return elapsedMilliseconds; 23 }对比结果见下图：

通过以上数据，发现两者对基本数据类型的操作性能差不多，属于同一个数量级。
同时，注意到，c#针对int型的性能要优于c/c++。

4.数学函数的运算能力

c/c++的：常用数学函数 1 double trig(double trigMax) 2 { 3 double elapsedTime; 4 clock_t stopTime; 5 clock_t startTime = clock(); 6 7 double sine; 8 double cosine; 9 double tangent; 10 double logarithm; 11 double squareRoot; 12 13 double i = 0.0; 14 while (i < trigMax) 15 { 16 sine = sin(i); 17 cosine = cos(i); 18 tangent = tan(i); 19 logarithm = log10(i); 20 squareRoot = sqrt(i); 21 i++; 22 } 23 24 stopTime = clock(); 25 elapsedTime = (stopTime - startTime) / (CLOCKS_PER_SEC / (double) 1000.0); 26 printf("Trig elapsed time: %1.0f ms with max of %1.0f\n", elapsedTime, trigMax); 27 printf(" i: %f\n", i); 28 printf(" sine: %.15f\n", sine); 29 printf(" cosine: %.15f\n", cosine); 30 printf(" tangent: %.15f\n", tangent); 31 printf(" logarithm: %.15f\n", logarithm); 32 printf(" squareRoot: %.15f\n", squareRoot); 33 return elapsedTime; 34 }
c#的：常用数学函数 1 static long trig(double trigMax) 2 { 3 long elapsedMilliseconds; 4 5 double sine = 0.0D; 6 double cosine = 0.0D; 7 double tangent = 0.0D; 8 double logarithm = 0.0D; 9 double squareRoot = 0.0D; 10 double i = 0.0D; 11 12 stopwatch.Start(); 13 while(i < trigMax) 14 { 15 sine = Math.Sin(i); 16 cosine = Math.Cos(i); 17 tangent = Math.Tan(i); 18 logarithm = Math.Log10(i); 19 squareRoot = Math.Sqrt(i); 20 i++; 21 } 22 elapsedMilliseconds = stopwatch.ElapsedMilliseconds; 23 stopwatch.Reset(); 24 25 Console.WriteLine("Trig elapsed time: " + elapsedMilliseconds + 26 " ms with max of " + trigMax); 27 Console.WriteLine(" i: " + i); 28 Console.WriteLine(" sine: " + sine); 29 Console.WriteLine(" cosine: " + cosine); 30 Console.WriteLine(" tangent: " + tangent); 31 Console.WriteLine(" logarithm: " + logarithm); 32 Console.WriteLine(" squareRoot: " + squareRoot); 33 return elapsedMilliseconds; 34 }
对比结果如下图：通过数据，我们发现c#在计算sin、cos、tan、log、sqrt等数学函数方面明显优于c/c++。大家以后注意了哦……
5.I/O操作能力

c/c++的：写文件、读文件 1 double io(int ioMax) 2 { 3 double elapsedTime; 4 clock_t stopTime; 5 clock_t startTime = clock(); 6 7 FILE *stream; 8 stream = fopen("F:\\TestC.txt", "w"); 9 int i = 0; 10 while (i++ < ioMax) 11 { 12 fputs("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890abcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890abcdefgh\n", stream); 13 } 14 fclose(stream); 15 16 char readLine; 17 stream = fopen("F:\\TestC.txt", "r"); 18 i = 0; 19 while (i++ < ioMax) 20 { 21 fgets(readLine, 100, stream); 22 } 23 fclose(stream); 24 25 stopTime = clock(); 26 elapsedTime = (stopTime - startTime) / (CLOCKS_PER_SEC / (double) 1000.0); 27 printf("I/O elapsed time: %1.0f ms with max of %ld\n", elapsedTime, ioMax); 28 printf(" i: %d\n", i); 29 printf(" readLine: %s\n", readLine); 30 31 return elapsedTime; 32 }
c#的：写文件、读文件 1 static long io(int ioMax) 2 { 3 long elapsedMilliseconds; 4 5 String fileName = "F:\\TestCSharp.txt"; 6 String textLine = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890abcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890abcdefgh"; 7 int i = 0; 8 String myLine = ""; 9 10 stopwatch.Start(); 11 try 12 { 13 StreamWriter streamWriter = new StreamWriter(fileName); 14 while (i++ < ioMax) 15 { 16 streamWriter.WriteLine(textLine); 17 } 18 streamWriter.Close(); 19 20 i = 0; 21 StreamReader streamReader = new StreamReader(fileName); 22 while (i++ < ioMax) 23 { 24 myLine = streamReader.ReadLine(); 25 } 26 } 27 catch (IOException e) 28 { 29 System.Console.Write(e.Message); 30 } 31 32 33 elapsedMilliseconds = stopwatch.ElapsedMilliseconds; 34 stopwatch.Reset(); 35 36 Console.WriteLine("IO elapsed time: " + elapsedMilliseconds + 37 " ms with max of " + ioMax); 38 Console.WriteLine(" i: " + i); 39 Console.WriteLine(" myLine: " + myLine); 40 return elapsedMilliseconds; 41 }
对比结果见下图：通过数据，我们发现c#的性能略优于c/c++。6.数组运算能力

c/c++的：数组基本操作 1 double array(int n) 2 { 3 int i, k, *x, *y; 4 5 double elapsedTime; 6 clock_t stopTime; 7 clock_t startTime = clock(); 8 x = new int; 9 y = new int; 10 11 for (i = 0; i < n; i++) { 12 x = i + 1; 13 y = 0; 14 } 15 for (k=0; k<1000; k++) { 16 for (i = n-1; i >= 0; i--) { 17 y += x; 18 } 19 } 20 21 stopTime = clock(); 22 elapsedTime = (stopTime - startTime) / (CLOCKS_PER_SEC / (double) 1000.0); 23 printf("array elapsed time: %1.0f ms - %ld %ld\n", elapsedTime, y, y); 24 25 delete[] x; 26 delete[] y; 27 28 return elapsedTime; 29 }
c#的：数组基本操作 1 static long array(int n) 2 { 3 long elapsedMilliseconds; 4 int i, j, k; 5 int[] x; 6 int[] y; 7 8 stopwatch.Start(); 9 if(n < 1) n = 1; 10 11 x = new int; 12 y = new int; 13 14 for (i = 0; i < n; i++) 15 { 16 x = i + 1; 17 y = 0; 18 } 19 for (k = 0; k < 1000; k++ ) 20 for (j = n-1; j >= 0; j--) 21 y += x; 22 23 elapsedMilliseconds = stopwatch.ElapsedMilliseconds; 24 stopwatch.Reset(); 25 26 Console.WriteLine("Array elapsed time: " + elapsedMilliseconds + " ms - "+ y.ToString() + " " + y.ToString()); 27 return elapsedMilliseconds; 28 }
对比结果见下图：通过数据发现，在数组基本操作方面c#较弱（大家都能知道为什么！）。7.异常处理能力

由于这部分代码稍多，所以就不在这贴了，一多后台就崩溃了（在写这篇文章其间博客园后台不知崩溃了n次，对此很无语……）。后面会给出所有源码的下载地址。对比结果见下图：通过数据，发现c/c++在这方面远胜于c#，可是大家不要就此止步，再想想为什么。注：可参考Jeffrey Richter的CLR via C#中有关异常的讨论。8.STL vs FCL

郁闷啊！不知道为什么，一提交网站不停地崩溃，我写的东西不停地全没。没有办法，代码就不贴了。直接上结果。这里，通过map和Dictionary的两组对比和一组Vector和List的对比。第一组对比结果见下图：这里涉及到的基本操作包括，插入和测试key是否存在。通过数据，发现c#的Dictionary的性能远远优于c/c++（10倍有余）。第二组对比结果见下图：通过数据发现c#版的字典性能远优于c/c++中的。Vector和List的对比结果见下图：通过数据发现两者性能不相上下。9.算法HeapSort

对比结果见下图：通过数据发现，c/c++要优于c#（看代码发现罪魁祸首在于数组操作）。10.矩阵乘

对比结果见下图：通过数据发现，c/c++的性能几乎是c#的两倍。截止到目前，我们应该知道c#在数组、矩阵操作方面是个弱项（为什么？）。大家在以后的工作学习中要学会扬长避短哦……11.嵌套for循环

对比结果见下图：通过数据发现，c#略差于c/c++。12.字符串连接

大家都知道，字符串连接是个耗时的操作，现在让我们来看看两者的表现，对比结果见下图：令人意外的是，c#在这方面的性能要优于c/c++（几乎2倍有余）。13.总和对比

这里的总和指的是前面所有项的时间加和，对比结果见下图：通过数据发现，在一般的应用中c#的性能能达到c/c++的70%-80%。作为托管代码来说这已经很不错了，你说呢？总结

 写了这么多了，也许有人要问我了，你到底想说什么呢？其实，作为语言，我们要懂得什么情况下用哪个。我的观点是，精通一门，熟悉或了解另一门。怎么说呢？如果您已经工作了，那么很容易做决定，您工作中不停要用到的语言自然是您应该精通的了。如果您和我一样还是学生的话，那也很好办，凭自己的喜好呗，但不要太过执着于语言本身。比如说我，花了大量时间在c#上，今年暑假要去公司实习（大半会用到c++），所以你也要了解c++，不是吗？ 现在的社会，一切都讲求速度。特别是在软件行业更是如此。软件不仅要求运行速度，很多时候更多的是开发速度，而且是第一个遇到的问题。不是有哪位大牛说过嘛，先让它run起来，再让它run地更快。结合上面的形式，一个项目中即需要懂c#的也需要懂c++的。下面的建议摘自别人的博客原文：Except for writing time-critical blocks of code, prefer C#. Write all your algorithmic code in C++ (not VC++ .NET), compile it into a dll and call that using a Dll Interop through C#. This should balance the performance. This technique is not new or not invented by me or anyone. It's similar the old age C programming vs Assembly, where people on one camp fight assembly programming is faster and the other camp stating C is easier to develop and then people started using assembly embedded within a C program for time-critical applications using an asm block.
History repeats...!
在一个真正的软件项目中我们要做到开发速度与运行速度的折中。另外，建议大家看一下《Framework Design Guidelines, Conventions,Idioms,and Patterns
for Reusable .NET Libraries》，这本书深刻阐述了.NET的设计过程，其认真程度（包括一个命名）令人折服。
参考

[*]http://www.tommti-systems.de/go.html?http://www.tommti-systems.de/main-Dateien/reviews/languages/benchmarks.html
[*]http://www.codeproject.com/KB/cs/CSharpVsCPP.aspx
[*]http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms173196(VS.80).aspx
[*]http://dotnet.sys-con.com/node/46342
[*]http://www.techgalaxy.net/Docs/Dev/5ways.htm
 注：本文基本上基于参考1写成。有兴趣的读者点击这里下载源代码。

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