我不时地读到Fortran在繁重的计算中比C更快。这是真的吗?我必须承认我几乎不懂Fortran,但是到目前为止我看到的Fortran代码并没有显示出该语言具有C语言所不具备的特性。
如果是真的,请告诉我原因。请不要告诉我什么语言或库适合处理数字,我不打算写一个应用程序或库来做这个,我只是好奇。
我不时地读到Fortran在繁重的计算中比C更快。这是真的吗?我必须承认我几乎不懂Fortran,但是到目前为止我看到的Fortran代码并没有显示出该语言具有C语言所不具备的特性。
如果是真的,请告诉我原因。请不要告诉我什么语言或库适合处理数字,我不打算写一个应用程序或库来做这个,我只是好奇。
当前回答
I was doing some extensive mathematics with FORTRAN and C for a couple of years. From my own experience I can tell that FORTRAN is sometimes really better than C but not for its speed (one can make C perform as fast as FORTRAN by using appropriate coding style) but rather because of very well optimized libraries like LAPACK (which can, however, be called from C code as well, either linking against LAPACK directly or using the LAPACKE interface for C), and because of great parallelization. On my opinion, FORTRAN is really awkward to work with, and its advantages are not good enough to cancel that drawback, so now I am using C+GSL to do calculations.
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使用现代标准和编译器,不!
Some of the folks here have suggested that FORTRAN is faster because the compiler doesn't need to worry about aliasing (and hence can make more assumptions during optimisation). However, this has been dealt with in C since the C99 (I think) standard with the inclusion of the restrict keyword. Which basically tells the compiler, that within a give scope, the pointer is not aliased. Furthermore C enables proper pointer arithmetic, where things like aliasing can be very useful in terms of performance and resource allocation. Although I think more recent version of FORTRAN enable the use of "proper" pointers.
对于现代实现,C通用优于FORTRAN(尽管它也非常快)。
http://benchmarksgame.alioth.debian.org/u64q/fortran.html
编辑:
一个公平的批评似乎是,基准测试可能是有偏见的。这里是另一个来源(相对于C),将结果放在更多的上下文中:
http://julialang.org/benchmarks/
你可以看到C在大多数情况下优于Fortran(再次看到下面的批评也适用于这里);正如其他人所指出的,基准测试是一门不精确的科学,很容易偏袒一种语言而不是其他语言。但它确实说明了Fortran和C语言有相似的性能。
大多数帖子已经提出了令人信服的论点,所以我只是在另一个方面加上众所周知的2美分。
在处理能力方面,fortran更快或更慢是有其重要性的,但如果用fortran开发一些东西需要5倍多的时间,因为:
it lacks any good library for tasks different from pure number crunching it lack any decent tool for documentation and unit testing it's a language with very low expressivity, skyrocketing the number of lines of code. it has a very poor handling of strings it has an inane amount of issues among different compilers and architectures driving you crazy. it has a very poor IO strategy (READ/WRITE of sequential files. Yes, random access files exist but did you ever see them used?) it does not encourage good development practices, modularization. effective lack of a fully standard, fully compliant opensource compiler (both gfortran and g95 do not support everything) very poor interoperability with C (mangling: one underscore, two underscores, no underscore, in general one underscore but two if there's another underscore. and just let not delve into COMMON blocks...)
那么这个问题就无关紧要了。如果某样东西很慢,大多数时候你无法在给定的限制范围内改进它。如果你想要更快,改变算法。最后,使用电脑的时间很便宜。人类的时间不是。珍惜减少人类时间的选择。如果它增加了使用电脑的时间,无论如何它都是有成本效益的。
Fortran可以非常方便地处理数组,特别是多维数组。在Fortran中对多维数组元素进行切片比在C/ c++中容易得多。c++现在有库可以做这项工作,比如Boost或Eigen,但它们毕竟是外部库。在Fortran中,这些函数是固有的。
对于开发来说,Fortran是更快还是更方便主要取决于您需要完成的工作。作为地球物理的科学计算人员,我用Fortran(我指的是现代Fortran, >=F90)进行了大部分计算。
一般来说,FORTRAN比C慢。C可以使用硬件级指针,允许程序员手动优化。FORTRAN(在大多数情况下)不能访问硬件内存寻址黑客。(VAX FORTRAN是另一回事。)我从70年代开始断断续续地使用FORTRAN。(真的)。
然而,从90年代开始,FORTRAN已经发展到包括特定的语言结构,可以优化成内在的并行算法,真正可以在多核处理器上运行。例如,自动矢量化允许多个处理器同时处理数据向量中的每个元素。16个处理器——16个元素向量——处理需要1/16的时间。
在C语言中,您必须管理自己的线程并为多处理仔细设计算法,然后使用一堆API调用来确保并行性正确发生。
在FORTRAN中,您只需要为多处理仔细设计算法。编译器和运行时可以为您处理其余的工作。
您可以阅读一些关于高性能Fortran的内容,但是您会发现许多死链接。你最好阅读并行编程(比如OpenMP.org)以及FORTRAN如何支持并行编程。
我还没有听说过Fortan比C快得多,但是可以想象在某些情况下它会更快。关键不在于语言特征的存在,而在于那些(通常)不存在的特征。
一个例子是C指针。C指针几乎到处都在使用,但指针的问题是编译器通常无法判断它们是否指向同一个数组的不同部分。
例如,如果你写了一个strcpy例程,看起来像这样:
strcpy(char *d, const char* s)
{
while(*d++ = *s++);
}
编译器必须在d和s可能是重叠数组的假设下工作。所以当数组重叠时,它不能执行会产生不同结果的优化。正如您所期望的,这在很大程度上限制了可以执行的优化类型。
[我应该注意到,C99有一个“restrict”关键字,显式地告诉编译器指针不重叠。还要注意,Fortran也有指针,语义不同于C语言,但指针不像C语言那样无处不在。
但是回到C与Fortran的问题上,可以想象,Fortran编译器能够执行一些对于(直接编写的)C程序可能无法实现的优化。所以我不会对这种说法感到太惊讶。不过,我确实希望性能差异不会太大。(~ 5 - 10%)