为什么在这个图像处理测试中Swift比C慢100倍？

参见英文答案 > Swift performance: sorting arrays8个答案像许多其他开发人员一样，我对来自苹果的新Swift语言感到非常兴奋。苹果声称它的速度比Objective C快，可以用来编写操作系统。从我迄今为止学到的，它是一个静态类型语言，能够精确控制确切的数据类型(如整数长度)。所以它看起来像具有良好的潜在处理性能关键任务，如图像处理，对吧？

这是我在我进行一个快速测试之前的想法。结果真的让我感到惊讶。

这里是一个简单的代码片段在C：

test.c：

#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,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;
}

我使用以下命令在我的Macbook Air 2011上编译：

clang -O3 test.c -o test

10帧处理时间约为0.01s。换句话说，C代码1ms处理一帧：

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

然后我有一个Swift版本的相同的代码：

test.swift：

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,640*480)
}

构建命令行是：

xcrun swift -O3 test.swift -o test

这里我使用相同的O3级优化标志使比较有希望公平。但是，结果速度慢100倍：

$ time ./test

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

换句话说，它需要Swift?120ms来处理一帧，C只需要1ms。

发生了什么？

更新：我使用clang：

$ 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：具有不同运行迭代的更多结果：

这里是不同数量的“帧”的结果，即将主循环数从10改变为其他数。现在注意我得到更快的C代码时间(缓存热？)，而Swift时间不会改变太多：

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

由@mweathers建议的-Ofast，Swift速度上升到合理的范围。

在我的笔记本电脑上，-Ofast的Swift版本获得了0.013s的10帧和0.048s的100帧，接近一半的C性能。

real    0m0.052s
user    0m0.009s
sys 0m0.005s