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
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。
其他回答
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。
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。
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%)
我是一个业余程序员,在这两种语言上我都是“平均”。 我发现编写快速Fortran代码比编写C(或c++)代码更容易。Fortran和C都是“历史悠久”的语言(按照今天的标准),被大量使用,并且很好地支持免费和商业编译器。
我不知道这是否是一个历史事实,但Fortran感觉它是为并行/分布式/向量化/多核化而构建的。今天,当我们谈论速度时,它几乎是“标准度量”:“它能缩放吗?”
对于纯粹的cpu计算,我喜欢Fortran。对于任何与IO相关的东西,我发现使用c更容易(无论如何这两种情况都很困难)。
当然,对于并行计算密集型代码,你可能需要使用GPU。C和Fortran都有很多或多或少很好地集成了CUDA/OpenCL接口(现在还有OpenACC)。
我比较客观的回答是:如果你对这两种语言都同样了解或不了解,那么我认为Fortran更快,因为我发现用Fortran写并行/分布式代码比用c更容易(一旦你明白你可以写“自由形式”Fortran,而不仅仅是严格的F77代码)
Here is a 2nd answer for those willing to downvote me because they don't like the 1st answer : Both language have the features required to write high-performance code. So it's dependent of the algorithm you're implementing (cpu intensive ? io intensive ? memory intensive?), the hardware (single cpu ? multi-core ? distribute supercomputer ? GPGPU ? FPGA ?), your skill and ultimately the compiler itself. Both C and Fortran have awesome compiler. (i'm seriously amazed by how advanced Fortran compilers are but so are C compilers).
PS:我很高兴你特别排除了库,因为我有很多关于Fortran GUI库的不好的东西要说。:)
Fortran和C之间的速度差异更多的是编译器优化和特定编译器使用的底层数学库的函数。Fortran没有什么固有的特性可以使它比C更快。
不管怎样,一个优秀的程序员可以用任何语言编写Fortran。