Ktorý programovací jazyk, Fortran alebo C, ponúka lepší výkon z hľadiska rýchlosti?

Historicky, fortran Všeobecne sa považuje za poskytnutie lepšieho výkonu pre vedecké a numerické výpočty, najmä pre konkrétne úlohy, ako sú lineárna algebra a operácie založené na poli. Realita je však podrobnejšia a odpoveď závisí od niekoľkých faktorov :

Argumenty pre Fortranov potenciálne lepší výkon:

* navrhnuté pre numerické výpočty: Fortran bol špeciálne navrhnutý pre vedecké a inžinierske výpočty. Jeho syntax a sémantika sú často prirodzenejšie na vyjadrenie týchto druhov problémov. Prvé verzie mali priamu podporu pre zložité čísla, operácie polí a ďalšie funkcie kritické pre vedecké kódy.

* Optimalizácia kompilátora: Kompilátory spoločnosti Fortran boli historicky silne optimalizované pre numerické operácie, najmä pri manipulácii v poli a optimalizácii slučky. Kompilátory často využívajú techniky, ako je rozmaľovanie, vektorizácia a automatická paralelizácia agresívnejšie v spoločnosti Fortran. Tieto optimalizácie využívajú hardvérové ​​možnosti, ako sú napríklad pokyny SIMD (jednotlivá inštrukcia, viac údajov) efektívnejšie.

* aliasing predpokladov: Kompilátory spoločnosti Fortran môžu často robiť silnejšie predpoklady o aliasingu pamäti (keď sa dve ukazovatele môžu odvolávať na rovnaké umiestnenie pamäte). Fortran obmedzuje aliasing v predvolenom nastavení viac ako C. To umožňuje kompilátorovi poradie a agresívnejšie optimalizovať kód bez riskovania nesprávnych výsledkov. V C musíte použiť kľúčové slovo „obmedziť“ na dosiahnutie podobných predpokladov aliasingu.

* Zrelé knižnice: Fortran má dlhú históriu a mnoho vysoko optimalizovaných numerických knižníc, ako je BLA (základné lineárne algebrové podprogramy), lapack (lineárny algebra balík) a FFTW (najrýchlejšia Fourierová transformácia na Západe) je napísaná vo Fortran alebo MAL FORTRAN Rozpojte. Aj keď sú tieto knižnice prístupné aj z C, ich používanie priamo od spoločnosti Fortran môže niekedy viesť k lepšej integrácii a menšej režijnej náklade.

argumenty pre potenciálne lepší výkon C (alebo aspoň konkurencieschopnosť):

* Ovládanie nízkej úrovne: C ponúka veľa jemnejšej kontroly nad riadením pamäte a zdrojom hardvéru. Skúsení programátori môžu využiť toto ovládanie na optimalizáciu kódu pre konkrétne architektúry, v niektorých prípadoch potenciálne prekoná Fortran.

* Moderné kompilátory: Moderné kompilátory C sú tiež vysoko sofistikované a schopné vykonávať mnohé rovnaké optimalizácie ako kompilátory Fortran. Medzera v optimalizácii kompilátorov sa v priebehu rokov značne zúžila.

* Vektorizačné knižnice: C má tiež knižnice, ktoré poskytujú prístup k pokynom SIMD, ako napríklad Intel's Intrinsics a Arm's Neon. Používanie ich vyžaduje viac manuálneho úsilia, ale môže viesť k vynikajúcemu výkonu.

* širší ekosystém: C má výrazne väčší a rozmanitejší ekosystém knižníc a nástrojov. To môže byť výhodou pre úlohy, ktoré idú nad rámec čistého numerického výpočtu, ako je spracovanie údajov, I/O a rozhranie s inými systémami. C je často lepšou voľbou, keď potrebujete integrovať numerický kód s ostatnými časťami väčšieho systému.

* Správa pamäte: Zatiaľ čo implicitná správa spoločnosti Fortran sa často ľahšie používa, explicitná správa pamäte C (s `Malloc` a„ Free`) * môže byť v konkrétnych scenároch efektívnejšia, najmä pri riešení zložitých dátových štruktúr. (Ale je oveľa pravdepodobnejšie, že únik pamäte a ďalšie chyby súvisiace s pamäťou).

Kľúčové úvahy:

* zručnosť programátora: Najdôležitejším faktorom je často zručnosť programátora. Dobre napísaný program C môže často prekonať zle napísaný program Fortran a naopak.

* Špecifický problém: Typ vyriešeného číselného problému je rozhodujúci. Fortran by mohol byť vhodnejší pre veľké výpočty založené na poli, zatiaľ čo C môže byť efektívnejší pre úlohy, ktoré vyžadujú jemnozrnnú manipuláciu s pamäťou alebo zložité dátové štruktúry.

* Kompilátor a optimalizačné príznaky: Použitý kompilátor a povolené optimalizačné príznaky môžu mať významný vplyv na výkon. Experimentujte s rôznymi kompilátormi a nastaveniami optimalizácie, aby ste našli najlepšiu kombináciu pre váš konkrétny kód a hardvér.

* KOMPORATIONA: Aj keď je cieľom optimalizovaný výkon, písanie kódu s najlepším výkonom nie je často praktické z dôvodu časových obmedzení. Výber medzi C a Fortran preto často závisí od kompromisu medzi surovým výkonom a produktivitou vývojárov.

v súhrne:

* Historicky a pri niektorých špecifických vedeckých výpočtových úlohách, Fortran držal výkonnostnú hranu, predovšetkým kvôli lepšej optimalizácii kompilátorov pre numerický kód a menej problémov s aliasingom. Mnoho starších (a dokonca aj niektorých novších) vedeckých knižníc je napísaných vo Fortran.

* Moderné kompilátory C doháli a s starostlivým kódovaním a použitím vektorizačných knižníc môže C dosiahnuť porovnateľný alebo dokonca vynikajúci výkon, najmä pre problémy, ktoré vyžadujú kontrolu nízkej úrovne alebo integráciu s inými systémami.

* Výber medzi Fortranom a C by mal byť založený na dôkladnom vyhodnotení konkrétneho problému, odbornosti programátora, dostupných knižníc a požadovanej úrovne výkonu.

Preto neexistuje definitívny „víťaz“. Najlepšie je porovnávať oba jazyky pre vašu konkrétnu aplikáciu, aby ste určili, ktorý z nich poskytuje najlepší výkon vo vašom konkrétnom kontexte. Zvážte profilovanie kódu na identifikáciu prekážok a úsilie o optimalizáciu zamerania, kde budú mať najväčší vplyv.

• Predchádzajúca strana: Je možné preukázať, že jazyk rozpoznávaný nekonečným automatom pre tlač je rozhodovateľný? 
• Ďalšia strana: Ako manipuluje s Turingovou konfiguráciou rôznych konfigurácií sekvencií?