比C++更快的语言

Question

比C++更快的语言

c++programming-languagesperformance

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据说Blitz++提供了接近Fortran的性能。

实际上，Fortran在执行相同任务时是否确实比普通的C++更快？

那其他运行时性能卓越的高级语言呢？我听说有一些语言在某些任务上超过了C++，比如Objective Caml、Java和D等。

我猜垃圾回收可以使很多代码更快，因为它消除了在堆栈中频繁复制数据的必要性（假设代码不是为了性能而编写）。

我只是出于好奇询问——我一直以为除非经过专家级的汇编编程，否则C++几乎无法被击败。

- Iraimbilanja

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这里是各种语言在各种任务和各种硬件上的不同实现的比较：http://shootout.alioth.debian.org/ - Mooing Duck

遗憾的是，最快的语言是汇编语言，没有编译器能够击败理解它的人类程序员。 - Peter

16个回答

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关于Fortran是否比C++更快这个问题存在争议。有些人说是，有些人说否；我不会深入讨论这个问题。它取决于编译器、你运行它的架构、算法的实现等等。

Fortran相对于C具有很大的优势，那就是它所需的算法实现时间较短。因此，它非常适合进行任何类型的数值计算。我将仅列举一些与C相比明显的优势：

基于1的数组索引（在实现较大的模型时非常有帮助，而且你不必去想，只需“FORmula TRANslate”）
有一个幂运算符（**）（天哪，谁想到使用幂函数？而不是用一个运算符？！）
我认为Fortran是当前市场上支持多维数组的最佳语言（而且看起来短期内不会有改变），使用方式与数学中的表示方法类似于 A(1,2)
避免循环 - A=B*C 就可以完成数组乘法运算（几乎像Matlab语法，但速度更快）
它具有内置的并行特性（请查看新标准）
非常容易与其他语言（如C、Python）连接，因此您可以在Fortran中进行重型计算，同时使用您选择的其他语言进行其他操作
完全向后兼容（因为整个F77是F90的子集），因此你可以使用一个世纪之久的编码技能
非常容易移植（这可能对于某些编译器扩展无法工作，但通常都很好用）
面向问题解决社区（由于Fortran用户通常不是计算机科学家，而是数学、物理、工程等领域的人员......他们的问题解决经验对你的问题的了解可能非常有帮助）

暂时想不到其他的了，就这些吧。

- Rook

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基于1的数组索引既是一种福音，也是一种诅咒。无论我使用哪种语言，采用哪种约定，似乎相反的方法更适合解决手头的问题... - kquinn

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是的，以1作为基础并不比以0作为基础更好。我看不出它对于任何模型有什么帮助 - 根据领域的不同，索引可以从0或1（或其他数字）开始。在信号处理中，从0开始索引非常常见。 - David Cournapeau

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在“传统”的工程领域（机械、地质、海洋、航空等），使用以1为起始索引是常见的，没有任何困惑。数学家也使用以1为起始索引。我认为以1为起始索引更加合理，如果数组长度为1，则其中仅有一个元素；如果你正在访问第五个元素，则索引为5……就是这种感觉。 - Rook

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由于这些领域中的所有材料（书籍、文章……等等）都使用该索引编写，所以一直想着索引翻译可能非常（极其）令人疲劳。 - Rook

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C语言缺少指数运算符是因为大多数CPU没有指数指令。据我了解，在C语言中，运算符保留给大多数硬件可以在常数时间内执行的函数，最多只需要几条指令即可完成。 - rpetrich

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Blitz++所竞争的并不是Fortran语言，而是用于Fortran数学库的人力。在某种程度上，语言有所帮助：老语言已经拥有了更多时间来获得优化编译器（而且，让我们面对现实吧，C ++是最复杂的语言之一）。另一方面，高级C ++库（如Blitz ++和uBLAS）允许您比相对低级别的Fortran代码更清晰地表达意图，并允许进行全新类别的编译时优化。

然而，始终有效地使用任何库都要求开发人员熟悉语言、库和数学。通过改善其中任何一个方面，通常可以获得更快的代码...

- Pontus Gagge

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由于语言实现数组的方式不同，FORTRAN在数组处理方面通常比C ++更快 - FORTRAN不允许数组元素的别名，而C ++则允许。这使得FORTRAN编译器的工作更加容易。此外，FORTRAN拥有许多非常成熟的数学库，这些库已经存在了近50年 - C ++还没有存在那么长时间！

- anon

Fortran的EQUIVALENCE语句可以为数组元素创建别名。 - Pete Kirkham

是的，但编译器现在知道关于该别名的信息了。对于C++（和C），可能有许多编译器无法推断出来的别名。 - anon

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C++的特点是它非常接近硬件层面。实际上，你可以通过汇编模块在硬件层面进行编程。一般来说，c++编译器在优化方面做得很好（为了获得巨大的速度提升，请启用“链接时间代码生成”，以允许函数在不同cpp文件之间内联），但如果你熟悉硬件并且具有相应的技能，你可以编写一些汇编函数，这些函数甚至可以更快地工作（虽然有时候你真的无法打败编译器）。

你还可以实现自己的内存管理器（这是许多其他高级语言所不允许的），因此你可以为自己的特定任务定制它们（也许大多数分配都是32字节或更少，那么你只需要拥有一个巨大的32字节缓冲区列表，可以在O(1)时间内进行分配/释放）。我相信只要你完全理解编译器和你正在使用的硬件，C++就能够击败任何其他语言。总体而言，最重要的是你使用的算法，而不是其他任何东西。

- Grant Peters

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事实上，你可以在硬件层面上进行编程（通过汇编块）。而那段代码是……汇编语言，而不是C++。老实说，如果你把C++搞得面目全非，注入其他技术，那么你对这门语言并不十分诚实。 - MrMesees

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这将在很大程度上取决于编译器、程序员，以及是否具有垃圾回收功能，差异可能会很大。如果直接编译成机器代码，则通常比解释性语言具有更好的性能，但是在达到汇编语言速度之前，存在有限的优化可能性。如果有人说Fortran略微更快，你会用它来编写新项目吗？

- Ctrl Alt D-1337

当然不是 :) 我更好奇的是可能会使它更快的因素 - 也许它表达得更少，因此可以做出更多的假设/优化，那样的事情。我不懂Fortran。 - Iraimbilanja

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你可能在加载此页面时使用了一些奇怪的托管XML解析器。 :)

我们不断地针对代码进行性能分析，而且收益一直很稳定（这不是幼稚的C++，只是带有boost库的现代C++）。它比任何CLR实现都至少快2倍，经常快5倍甚至更多。比Java时代好多了，那时候快20倍，但你仍然可以找到优秀的实例，并消除所有的System.Object膨胀，将其打得毫无还手之力。

托管开发人员不明白的一件事是，硬件架构不支持VM和对象根方法的任何扩展。你必须亲眼看到才会相信，等等，启动一个浏览器并转到像Silverlight这样的“轻量级”VM。你会惊讶地发现它有多慢，需要大量CPU资源。

第二点，开发任何性能应用程序时，请使用本机数据库而非托管数据库。

- Reoa

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通常情况下，算法而非编程语言决定了程序的性能表现。

在这个范畴内，优化编译器通常可以比大多数汇编程序员生成更好的代码。过早优化是万恶之源。

这可能是每个人都会重复的“常识”，但我认为这可能是因为它是正确的。我期待有具体证据来反驳这一点。

- Anthony

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C#比C++快得多 - 在C#中，我可以在十分之一的时间内编写XML解析器和数据处理器，而在C++中则需要更长的时间。

哦，你是指执行速度吗？

即使考虑从编写第一行代码到第一次执行代码结束所需的时间，C#仍然可能比C++更快。

这是一篇非常有趣的文章，讲述了将C++程序转换为C#并使C++比C#更快所需的努力。

因此，如果考虑开发速度，几乎任何东西都能击败C++。

好的，针对OP的运行时性能要求： 不是语言本身，而是语言的实现决定了运行时性能。我可以编写一个生成最慢代码的C++编译器，但它仍然是C++。理论上也可以编写一个针对IA32指令而不是Java VM字节码的Java编译器，从而提高运行时速度。

您的代码性能将取决于语言的优势与代码的要求之间的匹配。例如，一个进行大量内存分配/释放的程序在一个天真的C++程序中（即使用默认内存分配器）中表现不佳，因为C++的内存分配策略过于泛化，而C#的基于GC的分配器可以更好地执行（如上面的链接所示）。字符串操作在C++中很慢，但在像php、perl等语言中很快。

- Skizz

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我已经足够熟悉C++，可以以与使用C#或python3相同的速度编写代码。这只需要10年的经验。 - Zendel

这意味着你说的话在整整10年里都不是真的 :) - user519179

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在实际应用中，D有时比C++更快，这在很大程度上是因为垃圾回收的存在帮助避免了使用智能指针时RAII和引用计数的开销。对于分配大量具有非平凡生命周期的小对象的程序，垃圾回收可能比C++风格的内存管理更快。此外，D的内置数组允许编译器在某些情况下执行更好的优化，而C++的STL向量则不被编译器所理解。此外，D2支持不可变数据和纯函数注释，最近版本的DMD2基于此进行了优化。D的创造者Walter Bright在D和C++中都编写了JavaScript解释器，据他说，D版本更快。

- dsimcha

垃圾回收逻辑不应该适用于其他像Java和C#这样的垃圾回收语言吗？ - Nikhil

是的，这些语言有时也比C++更快，但D更常见，因为它在其他地方的开销较小。 - dsimcha

BLADE呢？它是否曾被与blitz或fortran进行基准测试比较过？ - Ellery Newcomer

这是一个利用D语言的编译期编程特性，生成据称接近最优的X86浮点代码的库。我不知道它现在的状态如何，但在几年前引起了很大关注。 - Ellery Newcomer

今天，LDC编译的代码应该比BLADE表现出色得多，因为LDC可以矢量化并使用SSE/AVX与典型的LLVM优化。 - Quonux

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可以查看英文原文，
原文链接

- David Cournapeau · Accepted Answer

对于纯数值代码，Fortran比C++更快且几乎总是更好。 Fortran之所以更快有很多原因。它是最古老的编译语言（有很多关于优化编译器的知识）。它仍然是数值计算的语言，因此许多编译器供应商靠销售优化编译器谋生。还有其他更技术性的原因。 Fortran（至少Fortran77）没有指针，因此在该领域不会遇到C / C ++语言的别名问题。许多高性能库仍然使用Fortran编写，并有着悠久的历史（> 30年）。 C或C ++都没有好的数组构造（C太低级，C ++具有与地球上编译器数量相同的数组库，这些库彼此不兼容，从而阻止了一堆经过充分测试和快速代码的池子）。