为什么Windows平台下std::fstream比系统API WriteFile速度更快？

结论 #

你的测试结果差异主要是代码逻辑不对等导致的，其次std::fstream默认确实带有用户态缓冲优化。

核心原因 #

• 你给WriteFile加了FILE_FLAG_NO_BUFFERING标志，该标志会完全绕过Windows系统的文件缓存，所有写入直接提交到磁盘，本身性能就远低于走系统缓存的逻辑；而且无缓冲写入对写入大小、内存地址、文件偏移都有强制的扇区对齐要求，你每次仅写入8字节完全不符合规范，Windows为了兼容这类非法调用会额外做大量兼容处理（比如触发读-改-写的扇区操作），进一步大幅拖慢性能。
• 两者的IO行为完全不对等：std::fstream默认开启了用户态缓冲（通常缓冲区大小为4KB~8KB），你循环调用fstream::write写8字节时，并不会每次都触发系统调用，只是将数据拷贝到fstream的内部缓冲区，等缓冲区满了才会调用一次底层的WriteFile提交到系统。整个测试过程中fstream触发的系统调用次数仅为你写的WriteFile版本的几千分之一，性能自然有数量级的优势。

公平对比的修改方案 #

如果要让两者测试条件对齐，可以选择以下任意一种修改方式：

1. 去掉CreateFile的FILE_FLAG_NO_BUFFERING标志，使用默认的系统缓存机制，和fstream的默认行为对齐，此时测试得到的WriteFile性能不会弱于std::fstream。
2. 如果你需要测试无缓冲写入的性能，需要自己在用户态实现和fstream类似的缓冲逻辑：先把数据攒到一块对齐过的缓冲区中，攒够至少一个扇区大小（通常为512字节或4KB）再调用一次WriteFile，同时要保证缓冲区地址、写入长度、文件偏移都符合扇区对齐要求，此时无缓冲写入的性能才能达到正常水平。
3. 也可以给fstream关闭内部缓冲，比如调用fs.rdbuf()->pubsetbuf(nullptr, 0)，此时fstream的性能会和你当前写的逐次WriteFile版本处于同一水平。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者jdt