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。


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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。

其他回答

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%)

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。

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。)

I think the key point in favor of Fortran is that it is a language slightly more suited for expressing vector- and array-based math. The pointer analysis issue pointed out above is real in practice, since portable code cannot really assume that you can tell a compiler something. There is ALWAYS an advantage to expression computaitons in a manner closer to how the domain looks. C does not really have arrays at all, if you look closely, just something that kind of behaves like it. Fortran has real arrawys. Which makes it easier to compile for certain types of algorithms especially for parallel machines.

在运行时系统和调用约定等方面,C语言和现代的Fortran非常相似,很难看出有什么不同。注意,这里的C实际上是基础C: c++是一个完全不同的问题,具有非常不同的性能特征。

我将Fortran、C和c++的速度与netlib中的经典Levine-Callahan-Dongarra基准进行了比较。使用OpenMP的多语言版本是 http://sites.google.com/site/tprincesite/levine-callahan-dongarra-vectors C语言更丑陋,因为它一开始是自动翻译,加上某些编译器的限制和pragmas插入。 c++就是在适用的地方使用STL模板的C。在我看来,STL在是否能提高可维护性方面好坏参半。

为了了解自动函数内联在多大程度上改进了优化,只需要进行很少的练习,因为示例基于传统的Fortran实践,其中很少依赖内联。

到目前为止使用最广泛的C/ c++编译器缺乏自动向量化,而这些基准测试严重依赖于此。

关于这之前的帖子:在Fortran中使用括号来指示更快或更准确的求值顺序的例子有两个。已知的C编译器没有在不禁用更重要的优化的情况下观察括号的选项。