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
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。
其他回答
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
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%)
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。
有趣的是,这里的很多答案都来自于不懂语言。这对于那些打开过旧的FORTRAN 77代码并讨论过其弱点的C/ c++程序员来说尤其如此。
我认为速度问题主要是C/ c++和Fortran之间的问题。在大型代码中,它总是取决于程序员。有一些语言特性是Fortran优于的,而一些特性是C优于的。所以,在2011年,没有人能真正说出哪一个更快。
About the language itself, Fortran nowadays supports Full OOP features and it is fully backward compatible. I have used the Fortran 2003 thoroughly and I would say it was just delightful to use it. In some aspects, Fortran 2003 is still behind C++ but let's look at the usage. Fortran is mostly used for Numerical Computation, and nobody uses fancy C++ OOP features because of speed reasons. In high performance computing, C++ has almost no place to go(have a look at the MPI standard and you'll see that C++ has been deprecated!).
现在,您可以简单地使用Fortran和C/ c++进行混合语言编程。Fortran中甚至有GTK+的接口。有免费的编译器(gfortran, g95)和许多优秀的商业编译器。