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

没有一种语言比另一种语言更快,所以正确的答案是否定的。

你真正要问的是“用Fortran编译器X编译的代码是否比用C编译器Y编译的等效代码更快?”这个问题的答案当然取决于您选择哪两个编译器。

人们可能会问的另一个问题是“考虑到在他们的编译器中优化投入了相同的精力,哪个编译器会生成更快的代码?” 这个问题的答案实际上是Fortran。Fortran编译器有一些优势:

Fortran had to compete with Assembly back in the day when some vowed never to use compilers, so it was designed for speed. C was designed to be flexible. Fortran's niche has been number crunching. In this domain code is never fast enough. So there's always been a lot of pressure to keep the language efficient. Most of the research in compiler optimizations is done by people interested in speeding up Fortran number crunching code, so optimizing Fortran code is a much better known problem than optimizing any other compiled language, and new innovations show up in Fortran compilers first. Biggie: C encourages much more pointer use than Fortran. This drasticly increases the potential scope of any data item in a C program, which makes them far harder to optimize. Note that Ada is also way better than C in this realm, and is a much more modern OO Language than the commonly found Fortran77. If you want an OO langauge that can generate faster code than C, this is an option for you. Due again to its number-crunching niche, the customers of Fortran compilers tend to care more about optimization than the customers of C compilers.

然而,没有什么能阻止人们在C编译器的优化上投入大量精力,并使其生成比他们平台的Fortran编译器更好的代码。事实上,C编译器产生的较大销售额使得这种情况非常可行

其他回答

Fortran和C语言在特定目的上并没有哪一种语言比另一种更快。对于每种语言的特定编译器,有些编译器比其他编译器更适合某些任务。

多年来,Fortran编译器一直存在,它可以对你的数字例程施黑魔法,使许多重要的计算变得异常快速。当代的C编译器无法做到这一点。因此,在Fortran中出现了许多伟大的代码库。如果您想要使用这些经过良好测试的、成熟的、出色的库,就需要使用Fortran编译器。

我的非正式观察表明,如今人们用任何古老的语言来编码他们繁重的计算内容,如果这需要一段时间,他们就会在一些廉价的计算集群上找到时间。摩尔定律让我们所有人都成了傻瓜。

是的,在1980年;在2008年?取决于

当我开始专业编程时,Fortran的速度优势正受到挑战。我记得我在Dr. Dobbs上读到过这篇文章,并把这篇文章告诉了年长的程序员——他们都笑了。

所以我对此有两种观点,理论上的和实际的。从理论上讲,今天的Fortran与C/ c++甚至任何允许汇编代码的语言相比,并没有内在的优势。在实践中,今天的Fortran仍然享有围绕优化数值代码而建立的历史和文化遗产的好处。

Up until and including Fortran 77, language design considerations had optimization as a main focus. Due to the state of compiler theory and technology, this often meant restricting features and capability in order to give the compiler the best shot at optimizing the code. A good analogy is to think of Fortran 77 as a professional race car that sacrifices features for speed. These days compilers have gotten better across all languages and features for programmer productivity are more valued. However, there are still places where the people are mainly concerned with speed in scientific computing; these people most likely have inherited code, training and culture from people who themselves were Fortran programmers.

当人们开始谈论代码优化时,会有很多问题,了解这一点的最好方法是潜伏在那些工作是快速编写数字代码的人身上。但是请记住,这种高度敏感的代码通常只占整个代码行的一小部分,而且非常专门:许多Fortran代码就像其他语言中的许多其他代码一样“低效”,优化甚至不应该是此类代码的主要关注点。

要开始了解Fortran的历史和文化,维基百科是一个很好的地方。Fortran维基百科的条目是一流的,我非常感谢那些花时间和精力使它对Fortran社区有价值的人。

(这个答案的缩短版本本可以在Nils开始的优秀帖子中发表评论,但我没有这样做的业力。实际上,如果不是因为这个帖子有实际的信息内容和分享,而不是激烈的争吵和语言偏见,我可能根本不会写任何东西,这是我对这个主题的主要经验。我不知所措,不得不分享这份爱。)

There is another item where Fortran is different than C - and potentially faster. Fortran has better optimization rules than C. In Fortran, the evaluation order of an expressions is not defined, which allows the compiler to optimize it - if one wants to force a certain order, one has to use parentheses. In C the order is much stricter, but with "-fast" options, they are more relaxed and "(...)" are also ignored. I think Fortran has a way which lies nicely in the middle. (Well, IEEE makes the live more difficult as certain evaluation-order changes require that no overflows occur, which either has to be ignored or hampers the evaluation).

另一个更聪明的规则领域是复数。这不仅是因为直到c99才有了它们,而且Fortran中管理它们的规则更好;由于gfortran的Fortran库部分是用C编写的,但实现了Fortran语义,GCC获得了这个选项(也可以用于“普通”C程序):

-fcx-fortran-rules 复杂的乘法和除法遵循Fortran规则。范围缩减是作为复杂除法的一部分进行的,但是没有检查复杂乘法或除法的结果是否是“NaN + I*NaN”,试图在这种情况下挽救这种情况。

The alias rules mentioned above is another bonus and also - at least in principle - the whole-array operations, which if taken properly into account by the optimizer of the compiler, can lead faster code. On the contra side are that certain operation take more time, e.g. if one does an assignment to an allocatable array, there are lots of checks necessary (reallocate? [Fortran 2003 feature], has the array strides, etc.), which make the simple operation more complex behind the scenes - and thus slower, but makes the language more powerful. On the other hand, the array operations with flexible bounds and strides makes it easier to write code - and the compiler is usually better optimizing code than a user.

总的来说,我认为C和Fortran的速度差不多;选择应该更多的是你更喜欢哪种语言,或者是使用Fortran的全数组操作及其更好的可移植性更有用,还是使用C中更好的系统接口和图形用户界面库。

在某种程度上,Fortran在设计时就考虑到了编译器优化。该语言支持整个数组操作,编译器可以利用并行性(特别是在多核处理器上)。例如,

密集矩阵乘法很简单:

matmul(a,b)

向量x的L2范数为:

sqrt(sum(x**2))

此外,FORALL、PURE和ELEMENTAL程序等语句进一步有助于优化代码。由于这个简单的原因,即使是Fortran中的指针也不如C语言灵活。

即将发布的Fortran标准(2008)具有协同数组,允许您轻松地编写并行代码。G95(开源)和来自CRAY的编译器已经支持它。

所以是的,Fortran可以很快,因为编译器可以比C/ c++更好地优化/并行化。但是就像生活中的其他事情一样,有好的编译器和坏的编译器。

简单快捷: 这两种语言同样快,但Fortran更简单。 到底哪个更快取决于算法,但无论如何,速度上没有很大的差别。这是我2015年在德国斯图加德高性能计算中心的Fortran研讨会上所学到的。我同时使用Fortran和C语言,我也有同样的观点。

解释:

C语言是用来编写操作系统的。因此,它拥有编写高性能代码所需的更多自由。一般来说,这是没有问题的,但是如果一个人不仔细编程,他很容易减慢代码的速度。

Fortran是为科学编程而设计的。因此,它支持编写语法方面的快速代码,因为这是Fortran的主要目的。与公众的看法相反,Fortran并不是一种过时的编程语言。它的最新标准是2010年,新的编译器定期发布,因为大多数高性能代码都是用Fortran编写的。Fortran进一步支持现代功能,如编译器指令(在C语言中)。

例子: 我们想给一个大的结构体作为函数的输入参数(fortran: suboutine)。在函数中,参数不会被改变。

C同时支持引用调用和值调用,这是一个非常方便的特性。在我们的例子中,程序员可能会意外地使用按值调用。这大大降低了速度,因为需要首先将结构体复制到内存中。

Fortran只使用引用调用,这迫使程序员手动复制结构,如果他真的想要按值调用操作。在我们的例子中,通过引用调用,fortran将自动和C版本一样快。