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

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。

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。

This is more than somewhat subjective, because it gets into the quality of compilers and such more than anything else. However, to more directly answer your question, speaking from a language/compiler standpoint there is nothing about Fortran over C that is going to make it inherently faster or better than C. If you are doing heavy math operations, it will come down to the quality of the compiler, the skill of the programmer in each language and the intrinsic math support libraries that support those operations to ultimately determine which is going to be faster for a given implementation.

编辑:@Nils等人提出了一个很好的观点,即C语言中指针使用的差异,以及可能存在的别名,这可能会使C语言中最简单的实现变慢。然而,在C99中有一些方法可以解决这个问题,比如通过编译器优化标志和/或C语言的实际编写方式。这在@Nils的回答和随后的评论中有很好的介绍。

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。

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。

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%)