为提高 C I/O 性能，可采取多种方法：使用缓冲 I/O 分组数据以减少磁盘访问次数。使用 mmap() 系统调用将文件直接映射到内存，避免频繁磁盘访问。使用并行 I/O 在多个线程或进程上同时执行 I/O 操作，提高吞吐量。
如何优化 C I/O 操作以提高性能
I/O 操作对于应用程序的性能至关重要。在 C 中，有几种方法可以优化 I/O 操作以提高性能。
1. 使用缓冲 I/O
缓冲 I/O 涉及将数据分组到大块中，然后将其写入或从磁盘读取。这可以减少磁盘访问次数，从而提高性能。
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <vector>
int main() {
std::vector<int> data(1000000);
std::ofstream file("data.bin", std::ios::binary);
// 缓冲 1 MB 的数据
file.rdbuf()->pubsetbuf(nullptr, 1024 * 1024);
// 写入数据
file.write((char*)&data[0], data.size() * sizeof(int));
file.close();
return 0;
}2. 使用 mmap()
mmap() 系统调用允许您将文件直接映射到内存。这避免了频繁的磁盘访问，从而提高了性能。
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
int main() {
// 打开文件
int fd = open("data.bin", O_RDWR);
// 将文件映射到内存
void* data = mmap(nullptr, 1000000 * sizeof(int), PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
// 操作数据
...
// 取消映射
munmap(data, 1000000 * sizeof(int));
close(fd);
return 0;
}3. 使用并行 I/O
并行 I/O 涉及在多个线程或进程上同时执行 I/O 操作。这可以提高吞吐量和减少整体执行时间。
#include <thread>
#include <vector>
int main() {
std::vector<std::thread> threads;
for (int i = 0; i < 4; i++) {
threads.emplace_back([] {
// 执行 I/O 操作
});
}
for (auto& thread : threads) {
thread.join();
}
return 0;
}实战案例
下面是一个用 C 优化 I/O 操作的实际案例。该程序从文件读入和写出大量数据：
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <vector>
#include <chrono>
using namespace std;
int main() {
// 数据量
const int dataSize = 1000000;
// 使用缓冲 I/O
{
vector<int> data(dataSize);
ofstream file("data.bin", ios::binary);
file.rdbuf()->pubsetbuf(nullptr, 1024 * 1024);
// 记录时间
auto start = chrono::high_resolution_clock::now();
// 写入数据
file.write((char*)&data[0], data.size() * sizeof(int));
auto end = chrono::high_resolution_clock::now();
// 计算执行时间
auto duration = chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(end - start);
cout << "Buffered I/O duration: " << duration.count() << " ms" << endl;
}
// 使用 mmap()
{
vector<int> data(dataSize);
int fd = open("data.bin", O_RDWR);
void* dataPtr = mmap(nullptr, dataSize * sizeof(int), PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
// 记录时间
auto start = chrono::high_resolution_clock::now();
// 写入数据
memcpy(dataPtr, &data[0], data.size() * sizeof(int));
auto end = chrono::high_resolution_clock::now();
// 取消映射
munmap(dataPtr, dataSize * sizeof(int));
close(fd);
// 计算执行时间
auto duration = chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(end - start);
cout << "mmap() duration: " << duration.count() << " ms" << endl;
}
return 0;
}运行此程序，您会注意到使用 mmap() 比缓冲 I/O 快得许多倍。
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