Сравним C++, JS, Python, Python + numba, PHP7, PHP8, и Golang на примере расчёта “Простое Число”

Stepan Mikulov

Administrator
Команда форума
Все топовые языки программирования уже давно доказали свои позиции и "определились" с нишами своего использования.

Тем не менее, для каждого программиста важно иметь представление о количественных характеристиках для каждого из языков, которыми он пользуется.

Измерять можно довольно много параметров и для разных целей.

Для каких-то задач важнее будет наличие быстрого просчёта по математическим операциям. А для других - больше пригодится ускоренная работа с сетью и файлами.

В данной статье мы рассмотрим ускорение программы с использованием JIT-компиляции для языков Python и PHP.

В качестве задачи для расчёта возьмём функцию проверки - является ли число Простыми или нет - "is prime". Возьмём базовый алгоритм проверки на то, что число Простое:

  • число не чётное
  • и не делится на меньшее число до корень из искомого (то есть в цикле пройдёмся от 3 до корень из числа)
Нам будет необходимо вычислить ряд Простых чисел - до максимального. Максимальное число в этой задаче будет: 10 000 000.

В алгоритме и в коде ниже можно видеть, что я не применял распараллеливание, для более "честной" оценки времени исполнения.

Машина, на которой производились запуски:

Название модели: MacBook Pro
Идентификатор модели: MacBookPro14,1
Имя процессора: Dual-Core Intel Core i5
Скорость процессора: 2,3 GHz
Количество процессоров: 1
Общее количество ядер: 2
Кэш 2-го уровня (в каждом ядре): 256 КБ
Кэш 3-го уровня: 4 МБ
Технология Hyper-Threading: Включен
Память: 8 ГБ
Версия Boot ROM: 428.0.0.0.0
Версия SMC (система): 2.43f10
Рассмотрим варианты алгоритма на разных языках программирования:

C++​

g++ --version
Configured with: --prefix=/Library/Developer/CommandLineTools/usr --with-gxx-include-dir=/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX.sdk/usr/include/c++/4.2.1
Apple clang version 11.0.3 (clang-1103.0.32.62)
Target: x86_64-apple-darwin19.6.0
Thread model: posix
InstalledDir: /Library/Developer/CommandLineTools/usr/bin
#include <iostream>
#include <cmath>
#include <time.h>

using namespace std;

bool isPrime(int num)
{
if (num == 2) {
return true;
}
if (num <= 1 || num % 2 == 0) {
return false;
}

double sqrt_num = sqrt(double(num));
for (int div = 3; div <= sqrt_num; div +=2)
{
if (num % div == 0) {
return false;
}
}
return true;
}


int main()
{
int N = 10000000;
clock_t start, end;
start = clock();
for (int i = 0; i < N; i++) {
isPrime(i);
}
end = clock();
cout << (end - start) / ((double) CLOCKS_PER_SEC);
cout << " sec \n";
return 0;
}
Go (golang)

go version
go version go1.15.4 darwin/amd64
package main

import (
"fmt"
"math"
"time"
)

func isPrime(num int) bool {
if num == 2 {
return true
}
if num == 1 || num%2 == 0 {
return false
}
to := int(math.Sqrt(float64(num)))
for div := 3; div <= to; div += 2 {
if num%div == 0 {
return false
}
}
return true
}

func do(N int) {
for i := 0; i < N; i++ {
prime := isPrime(i)
if prime {
// fmt.Printf("%+v: %+v\n", i, prime)
}
}
}

func main() {
st := time.Now()
do(10_000_000)
fmt.Printf("%+v\n", time.Since(st))
}
Спасибо за комментарий про int32/int64 -https://habr.com/ru/post/532432/#comment_22432438

Go - int32

func isPrime(num int32) bool {
if num == 2 {
return true
}
if num <= 1 || num%2 == 0 {
return false
}
to := int32(math.Sqrt(float64(num)))
for div := int32(3); div <= to; div += 2 {
if num%div == 0 {
return false
}
}
return true
}
Время: 2.365265757s

Go - int64

func isPrime(num int64) bool {
if num == 2 {
return true
}
if num <= 1 || num%2 == 0 {
return false
}
to := int64(math.Sqrt(float64(num)))
for div := int64(3); div <= to; div += 2 {
if num%div == 0 {
return false
}
}
return true
}
Время: 7.115535174s

Node.js​

node --version
v15.0.1
function isPrime(num) {
if (num === 2) {
return true;
}
if (num <= 1 || num % 2 === 0) {
return false
}
for (let div = 3; div <= Math.sqrt(num); div += 2) {
if (num % div === 0) {
return false;
}
}
return true;
}

function main(N) {
const st = new Date().getTime();
for (let i = 0; i < N; i++) {
let prime = isPrime(i);
if (prime) {
// console.log(i + ': ' + prime);
}
}
console.log((new Date().getTime() - st) / 1000);
}

(function (){
const N = 10_000_000;
main(N)
})()

PHP​

<?php

function isPrime($num)
{
if ($num == 2) {
return true;
}
if ($num == 1 || $num %2 == 0) {
return false;
}
$to = sqrt($num) + 1;
for ($i = 3; $i <= $to; $i += 2) {
if ($num % $i == 0) {
return false;
}
}
return true;
}

function run($N)
{
for ($i = 0; $i <= $N; $i++) {
isPrime($i);
}
}

function main()
{
$st = microtime(true);
run(10000000);

echo microtime(true) - $st;
}

// Да, код не продакшен-реди)) Прошу не шеймить за топорность кода.
main();

Python (without "numba")​

python3 --version
Python 3.8.5
import math
from time import perf_counter


def is_prime(num):
if num == 2:
return True
if num == 1 or not num % 2:
return False
for div in range(3, int(math.sqrt(num)) + 1, 2):
if not num % div:
return False
return True


def do(n):
for i in range(n):
is_prime(i)


if __name__ == '__main__':
N = 10_000_000
st = perf_counter()
do(N)
end = perf_counter()
print(end - st)

Python with "numba"​

import math
from time import perf_counter

from numba import njit


@njit(fastmath=True)
def is_prime(num):
if num == 2:
return True
if num == 1 or not num % 2:
return False
for div in range(3, int(math.sqrt(num)) + 1, 2):
if not num % div:
return False
return True


@njit(fastmath=True)
def do(n):
for i in range(n):
is_prime(i)


if __name__ == '__main__':
N = 10_000_000
st = perf_counter()
do(N)
end = perf_counter()
print(end - st)
После запуска на локальной машине можно сравнить время исполнения всех вышеперечисленных программ:

Примечание: меньше - лучше.
Примечание: меньше - лучше.
Здесь можно видеть, что версия на JS довольно "быстрая".

А также:

  • python3 + numba показала огромный прирост в производительности! Обогнав даже Go. Круто!
  • PHP8 с включенным JIT показала себя хорошо. И сравнимо с Go!
Источник статьи: https://habr.com/ru/post/532432/
 
Сверху