没有比 C 更快的高级语言实现是一种误解吗？ [关闭]

Question

虽然很难按速度对语言进行排名，但人们普遍认为，在今天的实践中，您可以使用 C 获得最快的程序。我一直认为没有高级语言可以像这样的教条至少在一段时间内快。除了我刚刚了解了Stalin compiler for Scheme。正如我们所知，Scheme 是一种没有类型注释的高级函数式语言。然而，该编译器声称生成程序的速度比 C 语言中的直接等效程序快 1.5 到 100 倍。

我不知道它的存在这一事实让我担心我的信仰。首先，这怎么可能是真的？其次，这不能是唯一的例外。是否有其他高级或低级语言的编译器生成比 C 代码更快的代码，我也不知道？

Answer 1

你应该阅读 cmets...

很好，但 C 版本速度慢的部分原因是您使用的是 abs 而不是 fabs。 abs 接受一个 int 作为参数（这应该是一个编译器警告！）——传递一个非零的 double 总是返回一个大数字。 C 版本基本上是在迭代，直到错误低于 double 的分辨率。

printf(“%d,%d\n”,abs(0.0001)

和回应

好点！切换到 fabs 使 gcc-inline 的速度几乎完全降低到斯大林的水平。

以及文章中的引用：

虽然原则上斯大林会产生中间的 c 代码，但它完全是陌生的和低级的。

所以斯大林并不比 C 快，因为它编译为 C，斯大林比你更擅长编写紧凑的不可读的 C 代码 :-)

来自维基页面：

Stalin (STATic Language ImplementationN) 是由 Jeffrey Mark Siskind 编写的一个积极优化的批量整体程序方案编译器。它使用高级流分析和类型推断以及各种其他优化技术来生成非常快的代码（使用 C 作为中间语言），特别是对于数字代码。[需要引用] 在许多测试中，它的性能都优于手动用 C 语言编写，有时差距很大。[需要引用] 斯大林用于生成优化的可执行文件。

让我们看看...它是一个编译器，它可能会尝试推断使用的类型（名称很清楚），并且 的性能优于 手写 C.

一般来说，特定领域的问题可能比 C 更快，因为它们可以使用 C 中不存在的技巧。例如，具有原始对象向量的语言可以更容易地使用 CPU 的向量指令。

Answer 2

C - 当使用编译器优化时 - 产生非常快的代码。我有一个优秀的 C 编译器为非常时间关键的中断创建的优化后的汇编代码。当知道编译器不知道的约束（例如输入值总是在某个范围内）时，仍然可以使代码快 25%。但是 Scheme 编译器也不知道！！

这意味着理论上可以编写比 C 编译器生成的代码快 1.3 倍的代码。但是，无法进一步加快代码速度。

另一种相当快的语言是 Pascal，因此现代 Pascal 变体（如 FreePascal）可能具有与 C 编译器相同的运行时和内存消耗。

Scheme 是一种声明式编程语言，而 C 是一种命令式编程语言。简单的问题是：“直接等价”是什么意思？

想想下面的 Scheme 代码：

(define (example a) (+ (if (> a 1)  (example (- a 1)) 0) (somefunc a)))

在 C 中你可以这样实现它：

double iffunc(int a,double b,double c)
{
    return a?b:c;
}
double example(int a)
{
    return iffunc(a>1,example(a-1),0)+somefunc(a);
}

但你也可以这样实现：

double example(int a)
{
    int i;
    double b;
    for(i=1;i<=a;i++) b+=somefunc(i);
    return b;
}

在 C 中，99% 的程序员都使用第二种实现。它比第一个快得多。第一个实现是 Scheme 变体的“直接等价物”。 （在Scheme中写“for”循环是不可能的！！）

因此，如果您将第一个实现的速度与 Scheme 代码的速度进行比较，您实际上可能快 1.5 倍甚至更多。对比第二个实现的速度和Scheme编译器生成的代码，我相信C编译器会更快！

Answer 3

有人应该提到 Fortran，它在数值应用中通常优于 C。也许这会有所帮助：

Fortran vs C++, does Fortran still hold any advantage in numerical analysis these days?

Answer 4

针对任何给定语言的特定编译器生成的输出汇编程序可能比针对特定硬件目标的特定 C 编译器的汇编输出更快。

所以是的，存在一些编程语言的实现，对于某些硬件，某些程序生成的程序集运行时间比“等效”C 程序要短。

据我所知，对于由专业 C 程序员用 C 编写的所有程序，没有任何“高级”语言能够比好的 C 编译器生成更好的汇编...

所以：

• 存在用于高级语言的编译器 至少有一个程序在编译时比 C 程序快。

• 存在用于高级语言的编译器 至少一个程序在编译时比专家 C 更快 程序。

• 存在高级语言的编译器，超过 一些程序在编译时比 C 程序快。

• 高级语言没有编译器，大多数 编写的程序产生的代码比同等专家 C 更快 程序。

让这个问题无法回答的原因：

• “高级语言”的定义
• “大多数程序”的定义——您真的是指 >50% 的所有程序可以用一种语言枚举吗？
• “比 C 更好”的定义——比单纯的 C 更好？比专家 C 更好？
• 目标的定义——在所有架构上？一些特定的硬件？

参考资料：

• Language Benchmarks Game
• Faster than C?

Answer 5

这不是真的！

C从不在特定平台上比 Assembly 快，因为 C 使用汇编作为中间体，因此理论上 C 不可能创建比其实现者更高效的代码可以做 em> 手工。

对于编译为 C 的所有其他语言，您不能期望该语言的性能优于同一位作者编写的 C 代码。斯大林就是这样的语言，因为它的输出是生成的 C 代码。如果斯大林的作者要在 C 中执行 sqrt-iter，它将是一个与他的 Scheme 编译器生成的 C 代码一样快的 C。斯大林创建的 C 代码比 Justin Domke 手工编写的 C 代码效率更高，但这并不能证明斯大林比 C 更快。这仅证明斯大林的作者在 C 方面比贾斯汀多姆克更好，因为他的知识在他的 Scheme 编译器中。

今天，C 编译器使用静态分析、死代码消除、循环展开和各种优化技术。对于普通程序员来说，C 编译器的代码可能比他们生成的低级代码更好，而且更短、更直观。高级语言抽象出不必要的元素，如内存管理、寄存器大小、指针和语法，使您的代码更小更易于调试。它带来了成本，通常是速度，但在许多情况下，速度，有时甚至是内存使用，但它们不如效率重要。您可能听说过3 rules of optimization？

最后，不同的编程语言会更适合不同的任务。算法的博客选择被选为一个很好的例子。你真的会那样做sqrt吗？我有过一次，但那是一种只有递增、递减和 while-true 作为数学运算符的语言。

最后，我喜欢斯大林。这是一个非常了解 C 的人的 Scheme 代码的一个很好的平静。应该研究一下，但如果你真的想运行 Scheme，请考虑使用 Ikarus。