[导读]自从编程语言诞生以来,人们常常就哪种语言速度最快的问题争论不休。无论是严肃的科学研究,还是深夜酒吧的喧嚣,都不乏关于这个话题的争执。文本不打算就这个问题展开讨论,我们不妨从一个更高的层面来看一看这个问题:如何比较两种截然不同的编程语言的性能。为了进行有意义的比较,我们必须使用两种...
自从编程语言诞生以来,人们常常就哪种语言速度最快的问题争论不休。无论是严肃的科学研究,还是深夜酒吧的喧嚣,都不乏关于这个话题的争执。文本不打算就这个问题展开讨论,我们不妨从一个更高的层面来看一看这个问题:如何比较两种截然不同的编程语言的性能。为了进行有意义的比较,我们必须使用两种编程语言实现一系列测试程序,运行基准测试,然后再比较最后的结果。实际上,这种比较的难度很大,有时甚至非常费时费力。尽管问题本身看起来很简单,但大量可能出现错误的地方会导致一无所知的性能测试员遭遇坎坷,有时即使非常了解也无济于事。01 等效的实现?
为了公平地比较两种语言的实现,编写出来的程序的质量应该达到同等水平。也就是说,必须由某位对两种编程语言以及领域知识的掌握程度大致相同的人来编写程序。这本身就很难。如果由不同的人来编写实现,那么他们可能会选择不同的算法来解决问题,这样的性能比较就不再是编程语言本身的问题,而是每位程序员选择的编程方法的问题。即使两个实现都是由同一个人使用相同的算法编写的,仍然存在其他问题。通常,每个人都有自己擅长的语言。因此,他们会选择自己喜欢的语言提供更快的实现。这就会引发偏差,因为这样的性能比较衡量的不是编程语言本身,而更多的是程序员。这类的测试适合寻找易用性与生产力的差异,但对比较性能而言则不合适。因此,你可能需要评估许多专业程序员已经编写好的程序。这是一个很好的方法,但有时即使是经验丰富的研究也会出错。有一篇论文试图通过这种方法比较不同的编程语言的性能和效率。他们的测试结果表明,某个程序用C实现比C 实现快30%。这个测试结果影响了整个论文的基调。按照这个论断,假设将所有 C 源代码的文件扩展名 .c 改为.cpp并重新编译,应该能得到大致相同的结果(可能会有几个百分点的误差)。所以我们只能得出以下结论(按照可能性从高到低排列):- C 版本的代码比较差;
- 测试方法有明显的瑕疵;
- 与C相比,该编译器对C 的性能有重大的负面影响。
换句话说,上述呈现的差异并非来自编程语言本身。02 测量的难度
还有一个很大的问题是,如何测量某个程序的性能。一种常见的方法是连续运行多次测试,然后执行如下操作:- 处理异常值:去掉两个极值(即最慢和最快的测量值);
- 计算剩余数据点的平均值和/或中位数;
- 比较不同程序之间的结果,速度最快的程序获胜。
上过统计课程的人可能还记得如何计算标准差。这种方法看似合理且严谨,但其实包含多个系统误差。其中最大的问题涉及测量中的噪声。大多数基本的统计工具都会假设误差呈正态分布,平均值为零。如果测量的是温度或速度之类,则这个假设是合理的。然而,对于编程语言的性能测量来说,这个假设并不合理。程序的运行时间包括实际上花费在解决问题上的时间,以及来自操作系统中断、磁盘访问等方面的开销。如果我们假设噪声为平均值为零的高斯噪声,那么这意味着计算机有一些未知的过程,可以让程序的运行速度超过完全无噪声时的情况。这当然是不可能的。这里的噪声肯定不是高斯噪声,因为它永远不会出现负值。事实上,最接近柏拉图式理想答案的测量结果就是最快的,因为这种情况下来自系统噪声的干扰最少。这样的测量结果会被上述第一步操作“处理异常值”删除。有时,采用合理的、现成的措施只会让事情变得更糟。03 统计的难度更大
暂时撇开这一点不谈,我们假设我们获得了两个程序的性能测试结果,且这个结果看似确实“很高斯”。数值分析表明,1号语言的运行花费了10秒,而2号语言花费了9秒。二者的差异为10%,因此我们就可以得出结论:2号语言的速度更快。这个结果正确吗?很遗憾,不正确。假设实际测量数据如下: 右边的那个更快,对不对?也许?大概?可能?为了正确回答这个问题,我们需要回顾一下大学学习的统计知识。首先,提出零假设,即假设两个程序没有性能差异。接着,计算这两次测量结果来自同一个概率分布的概率。如果概率非常小(通常为5%),则可以推翻零假设,从而证明其中一个程序比另一个快。这种方法叫做学生t检验,常用于大量数据的统计。请注意,测试的某些实现会假设数据符合高斯分布,如果你的数据呈现其他形状,则结果可能并不可靠。这种方式适用于一个程序,但严格的测试需要包含多个程序。这些评估也有一些统计方法,但会非常复杂。具体的做法留给读者自行查阅。04 所有计算机的对齐都是双刃剑
虽然统计非常难,但幸运的是计算机很简单,因为它们具有确定性、可靠,而且合乎逻辑。例如,如果在一个程序中添加一条NOP指令,则结果可能只是多了一个指令周期,对性能的影响小到无法测量。但是,如果你非要测量,那么结果可能会让你陷入不解和困惑。这个小小的改动有时会让程序的运行时间增加10%(甚至更长),但也有可能缩短10%。你没看错,这类看似无意义的工作可以加快程序的运行速度。如果是第一次遇到这样的问题,你可能压根不会相信。 那么,问题在于,是否有可能让CPU加倍努力,让程序更快地运行呢?答案为否。实际的指令根本无关紧要。重点在于代码的对齐。代码在内存中的不同位置会影响其性能特征。如果一段经常被执行的循环跨越了缓存边界,它就会变慢。将其移动到不跨越边界的地方就能加快其速度。NOP指令并不一定要放在循环内,只要它能将整个代码块向上或向下移动,就可能导致这种差异。假设你以非常严谨的统计方式测量了两个程序。如果二者之间的性能差异低于10%,则我们就无法断言哪个程序更快,除非你使用的测量方式能够消除对齐效应。05 这是关于机器的性能测量,而不是语言
随着程序的运行速度越来越快,优化经历了一个有趣的阶段转变。一旦性能达到一定水平,系统就不再关心编译器和CPU如何才能加快程序的运行速度。相反,变成了程序员如何尽可能有效地利用CPU,例如将数据排列成方便处理器处理的布局等。这意味着用基于硬件的原语替换基于语言的原语。某些圈子采用的优化方式非常奇怪,程序员甚至知道他们的循环应该被优化成哪些SIMD指令,然后他们会不停地修改代码,直到实现这种优化。其实,这种优化已经与编程语言本身的功能没有丝毫关系了。这就是为什么C和Fortran之类的语言仍在许多性能基准测试中名列前茅的主要原因,但这些技巧并不限于这些语言。几年前,我开发了一款规模非常大的Java应用程序,该应用程序经过了非常彻底的优化。其内部由整数数组组成。最常执行的路径中没有类,甚至没有Integer对象,基本上就形同于在Java语言内部重塑了C语言。其实,几乎任何编程语言都可以有类似的实现。它们之间的性能差异主要取决于每个编译器的优化器。即便使用相同的编程语言,也会产生截然不同的性能结果,更不用说不同的编程语言了。因此,声称某一种编程语言在性能上有明显的优势都是不合理的,因为说到底都是内联汇编程序。
原文链接:
https://nibblestew.blogspot.com/2021/02/why-most-programming-language.html?m=1END来源:CSDN版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除。▍
扫描二维码,关注更多精彩内容
本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
与 BigCode 社区共同创建的 StarCoder2 是在 600 多种编程语言上训练而成,它将推进代码生成、透明度、治理和创新
关键字:
生成式 AI
编程语言
大语言模型
Java是一种广泛应用于软件开发的编程语言,它具有跨平台、面向对象和高度可靠性的特点。在嵌入式系统设计中,Java也有着广泛的应用方案。本文将详细介绍Java在嵌入式系统设计中的应用方案,并分析其优势和挑战。
关键字:
Java
软件开发
编程语言
嵌入式开发和Java开发是两个不同的领域,它们在目标、应用场景、编程语言和开发环境等方面存在一些区别。下面我将为您简要介绍这两个领域的特点以及如何选择适合您的开发方向。
关键字:
嵌入式开发
Java开发
编程语言
Java语言是一种面向对象的编程语言,由Sun Microsystems(现在是Oracle Corporation)于1995年推出。Java具有跨平台性和可移植性的特点,广泛用于开发各种应用程序,包括嵌入式系统、移动...
关键字:
Java
编程语言
互联网
嵌入式系统是一种专门设计用于特定应用领域的计算机系统,它通常由硬件和软件组成,并且被嵌入到其他设备或系统中,以实现特定的功能。在开发嵌入式系统时,除了了解和选择适合的编程语言外,还需要了解如何测量嵌入式产品的应用性能以及...
关键字:
嵌入式
计算机
编程语言
嵌入式系统设计师是一个专业领域,需要深入理解和掌握各种嵌入式技术以及相关编程语言。本文将介绍嵌入式系统设计师考试中的必备知识、笔记和总结,帮助读者在考试中取得好成绩。
关键字:
嵌入式系统
编程语言
C语言基础
另外,有时候优先级还与C语言编译器有关,同一个表达式在不同的平台上,可能表达的意义是不同的。所以,为了代码的可植移性、正确性以及可读性,振南强烈建议多用一些()。
关键字:
C 语言
编程语言
赋值操作
Matlab是matrix laboratory的组合,意为矩阵实验室,软件主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
关键字:
matlab
编程语言
数值分析
PLC梯形图编程的主要要素包括输入、输出和逻辑元件。其中,输入和输出指的是PLC系统与物理世界之间的接口,如传感器和执行器;逻辑元件则用于描述输入和输出之间的逻辑关系。
关键字:
PLC
梯形图
编程语言
PLC在电气工程及其自动化技术设计中经常用到,那么作完硬件组态后,就要考虑编程了,不同的个体对于编程采用的语言是不同的,当然针对不同的工艺要求,用不同的编程语言也会有不同的效果
关键字:
PLC
编程语言
梯形图
PLC代表可编程逻辑控制器。其基本上应用于控制工业自动化系统。PLC可以说是是较先进和简单的控制系统形式之一,现在正在大规模取代硬接线逻辑继电器。
关键字:
PLC
编程语言
逻辑控制器
可编程序控制器其实和微机差不多。由微处理器(CPU),存储器(ROM,RAM),输入/输出单元(I/O),编程器和电源。CPU相当于人的大脑,存储器是存储文件的。把文件扫描,在把文件打印出来,这是I/O的功能,相当与人的...
关键字:
可编程控制器
编程语言
I/O功能
近年来,随着移动互联网、物联网的迅猛发展,嵌入技术日渐普及,嵌入式应用领域日益亲民,嵌入式产品不断渗透到人们的日常生活中,从随身携带的手机、PDA到家庭中的高清电视、智能冰箱、机顶盒,再到工业生产、汽车电子、娱乐中的机器...
关键字:
嵌入式
物联网
编程语言
本文转自公众号“CSDN”,ID:CSDNnews)作者 | Serdar Yegulalp 译者 | 王艳妮,责编 | 屠敏C语言五十年来一直是软件开发的一种主力语言。以下是它在如今的2019年与C,Java,C#,G...
关键字:
编程语言
PYTHON
GO
NET
“验证很多人都清楚,验证技术一直在发展,个人技术成长不进则退。于是采用最新的验证方法和趋势是很多验证牛人趋之若鹜的事情。一旦验证大佬尝试了某个事情,可能很快就会在团队传播起来,这就是偶像效应。这时候,这项技术仿佛就是经过...
关键字:
BUG
EDA
VERILOG
编程语言
本文转自公众号“CSDN”,ID:CSDNnews)作者 | Serdar Yegulalp 译者 | 王艳妮,责编 | 屠敏C语言五十年来一直是软件开发的一种主力语言。以下是它在如今的2019年与C,Java,C#,G...
关键字:
编程语言
作者| JEAN-LUCAUFRANC译者|弯月出品|CSDN(ID:CSDNnews)提到编程语言,人们第一时间想到的无非是:哪个编程语言简单易学,亦或是最挣钱等。但是编程语言功耗问题却被很多人忽视。那么作为程序员的我...
关键字:
编程语言
准备好与Arduino尝试不同的东西了吗?您不必局限于用C编程。将这些替代语言用于测试驱动器。
关键字:
Arduino
编程语言
素材来源| CSDN,排版|嵌入式专栏C语言的发展有五十多年了,在所有高级编程语言中,C语言属于元老级别。在过去,TIOBE编程语言排行榜中,C语言只有被JAVA超越过,不过近两年,C语言稳稳的排名第一,在这9月的排行中...
关键字:
C语言
编程语言
大家好,我是张巧龙,今天和大家聊聊一门新兴国产编程语言—Go,/*声明*/每个编程语言都有其优缺点,本文并未通过贬低其他编程语言来凸显Go的优势,相反,Go也有其缺点。01 什么是Go?Go(又称Golang)是Goog...
关键字:
编程语言