Rubyの繰り返し処理の速さをベンチマークで調べてみた

はじめに

Rubyの繰り返し処理の速さが気になったのでベンチマークで調べてみました。
whileを使うと速いと聞いたので、他の繰り返し処理も使い、実際に検証してみました。
Rubyのモジュールとして提供されているBenchmarkを使用してプログラム実行時のCPU処理にかかった時間を知ることができます。

繰り返す内容

1から3,000,000までの範囲の数値を加算していきます。
つまり↓のようになります
1 + 2 + 3 + 4 ・・・・・ 2999998 + 2999999 + 3000000 = 4,500,001,500,000

コード

Ruby

require 'benchmark'

Benchmark.benchmark(Benchmark::CAPTION, 10, Benchmark::FORMAT) do |x|
  x.report("each:         ") { 
    counter = 0
      [*1..3000000].each do |i|
        counter += i
  end
    }
  x.report("times:        ") { 
    counter = 0
      3000000.times do |i|
        counter += i + 1
  end 
    }

  x.report("each range:   ") { 
    counter = 0
      (1..3000000).each do |i|
        counter += i
  end
  }

  x.report("times simple: ") { 
    counter = 0
      (3000001).times do |i|
        counter += i
  end 
  }
  
 x.report("upto:         ") { 
    counter = 0
      1.upto(3000000) do |i|
        counter += i
  end
  }

  x.report("while:        ") { 
    counter,i = 0,1
      while i != 3000001 do
        counter += i
        i += 1
  end
  }
end

実行結果

                 user     system      total        real
each:           0.244779   0.016559   0.261338 (  0.261447)
times:          0.166149   0.000000   0.166149 (  0.166150)
each range:     0.154344   0.000083   0.154427 (  0.154438)
times simple:   0.153153   0.000066   0.153219 (  0.153221)
upto:           0.154999   0.000000   0.154999 (  0.155002)
while:          0.079974   0.000000   0.079974 (  0.079976)

上記からわかること

whileが一番速く、timesとuptoとeachがほぼ同じということがわかりました。
あとは[*1..3000000]と(1..3000000)やi + 1のように書き方により速度が変わることもわかりました。
特に[*1..3000000]にするとだいぶ速度が落ちるので、(1..3000000)を使うのを意識したいです。

ちなみに

ガウスの計算(足し算)を使うと計算が1回ですむので2〜3千倍速くなりました。
ガウスの計算(足し算)の公式：(初めの数＋最後の数)×個数÷2
初めの数：1
最後の数：3,000,000
個数：3,000,000
つまり( 1 + 3000000) * ( 3000000 / 2 ) = 4,500,001,500,000
3000001 * 1500000 = 4,500,001,500,000

Ruby

require 'benchmark'

Benchmark.benchmark(Benchmark::CAPTION, 10, Benchmark::FORMAT) do |x|
   x.report("ガウス計算:") { 
     puts "計算結果は#{ ( 1 + 3000000 ) * ( 3000000 / 2 ) }" 
   }
end

実行結果

                 user     system      total        real
ガウス計算:       計算結果は4500001500000
ガウス計算:       0.000026   0.000000   0.000026 (  0.000026)

ガウスは偉大！