Сравнение языков программирования по быстродействию

Языки программирования используются разработчиками для написания определенных наборов инструкций микропроцессорам, выполняющим конкретные задачи. Существует много видов языков. Движок, созданный пионером компьютеризации Чарльзом Бэббиджем, стал предшественником современных персональных компьютеров или точнее логикой ПК. Для того чтобы разработчик правильно подобрал инструкции для написания программы потребуется выполнить грамотное сравнение языков программирования. Об этом данная статья!

Истоки языков программирования

В 1942 году родился язык ENIAC, когда компьютерная идея охватила научный мир. Это было 30-тонное чудовище, которое содержало более 20 000 вакуумных трубок и занимало 167 квадратных метров площади. Программирование было таким же громоздким. После выполнения расчетов требовались недели, чтобы расшифровать ENIAC, процесса восстановления данных с жесткого диска вообще не существовало. "Шифр" был один, поэтому выполнять сравнение языков программирования было не нужно.

В 1945 году доктор Джон фон Нейман, работая над его совершенствованием, обнаружил, что добавление и сохранение кода преобразователя в программировании значительно сокращает время процесса, так появилось новое направление EDVAC, которое расшифровывается как Electronic Discrete Variable Automatic Computer. В отличие от ENIAC, EDVAC использовал двоичный код вместо десятичного — серии нулей и единиц на перфокартах, подаваемых на машину. Десятичный код — это первое поколение, двоичный — второе. Теперь у разработчиков появилось формальное основание для проведения сравнения языков программирования. А также выбор.

Вскоре был разработан первый элементарный язык программирования. Условная передача управления Short Code была изобретена в 1949 году. В отличие от машинного кода, Short Code использовал логические операторы, такие как «if», «then» для определения команды, которые были похожи на логические утверждения математики, например, если красный – «THEN stop» или «IF 0», то умножить на два.

«Компилятор» родился в 1952 году. FORTRAN был первым из языков программирования третьего поколения, созданным в 1957 году, за которым следовали языки LISP, Algol в 1958 и COBOL в 1959. В языках программирования третьего поколения использовались фактические английские слова или синтаксис для компиляторов перевода в двоичный или машинный код. Что было довольно удобно. Сравнение языков программирования в этот период выполняли в пользу Algol или COBOL, в зависимости от технической мощности машины.

Алгол или "шифр" алгоритмов уступили BNF Pascal в 1968 году. Каждое вычисление могло происходить только с определенной последовательностью кода или функции. Последующие языки повысили эффективность программ кодирования, используя объектно-ориентированное программирование, а также методы сценариев и синтаксис, создавая высокоструктурированные языки C ++, Perl и Java Visual Basic Widgets. Теперь уже было несколько "шифров". В этот период у разработчиков появилось множество критериев сравнения языков программирования.

Типы программ кодирования

Есть три типа четко дифференцированных языков: машинный, языки низкого и высокого уровня.

Назначения языков ПО:

1. Машинный язык, который непосредственно понимает компьютер, применяя двоичный код, то есть 0 и 1.
2. Языки низкого уровня гораздо проще в использовании, чем машинные, но в значительной степени базируются на компьютерах с машинным языком.
3. Языки программирования высокого уровня легче изучать, потому что они применяют слова или команды естественного языка, обычно английского, например, самый известный язык Бейсик.

Типы языков высокого уровня в зависимости от точки зрения работы программ и философии их создания, подразделяются:

1. Императив, Cobol, Pascal, C и Ada.
2. Декларативный, Лисп и Пролог.
3. Объектно-ориентированный, Smalltalk и C ++.
4. Проблемно-ориентированный, специфические языки для управления.
5. Естественный язык программирования, новые виды, которые стремятся приблизить дизайн и конструирование к языку людей. Сделать его проще.

Другая классификация высокого уровня учитывает развитие компьютеров и используется в виде критериев сравнения языков программирования:

1. Первого поколения — машинный и Ассемблер.
2. Второго поколения — первые языки программирования высокого императивного уровня FORTRAN, COBOL.
3. Третьего поколения — это языки программирования высокого императивного уровня, но гораздо более используемые и актуальные в настоящее время: ALGOL 8, PL/I, PASCAL, MODULA.
4. Четвертого поколения - в приложениях для управления базами данных: NATURAL, SQL.
5. Пятого поколения — для искусственного интеллекта и обработки естественных языков: LISP, PROLOG.

Критерии сравнения. Принцип

Сравнение языков веб-программирования никогда не было простой и объективной задачей. Обычно рассматривают десять критериев оценки.

Список критериев:

1. Экспрессивность — простота языка для выражения алгоритмов.
2. Точность определения — последовательность и отсутствие двусмысленности.
3. Типы и структуры данных.
4. Модульность — возможность разработки компонентов самостоятельно.
5. Средства ввода/вывода — поддержка взаимодействия с окружающей средой.
6. Переносимость.
7. Эффективность и производительность для сравнения быстродействия языков программирования.
8. Педагогика — легкость обучения и преподавания.
9. Общность — применимость, использование.
10. Стандартизация.

Этот список используется для сравнения в очень широком спектре от LISP до COBOL через ALGOL и служит отправной точкой получения результатов.

Высокая экспрессивность

Язык C всегда отличался высокой экспрессивностью и потенциально очень экономичен, учитывая небольшое количество ключевых слов и мощь некоторых операторов. Однако в настоящее время имеется необходимость поддерживать более сложные структуры, при которых реализация на C становится небезопасной.

Сравнение синтаксиса языков программирования имеет большое значение для разработчиков. Например, C ++ обеспечивает качественный скачок по сравнению с C, предоставляя новые полезные функции в различном контексте. Например, перегрузка операторов придает языку замечательную выразительность при реализации научно-математических приложений, синтаксис классов и объектов позволяет удобно манипулировать различными структурами данных и операциями. Шаблоны можно рассматривать, как макросы прекомпиляторов, но с гораздо большим количеством функций. Но все это не освобождено от ошибок, вызванных в основном поддержанием совместимости с C на этапах соединения и исполнения.

В итоге, C ++ более выразителен, чем C, для средних и крупных приложений, что и следовало ожидать, так как он был разработан для охвата большего числа проблем с помощью «множественных парадигм». Сравнение языков программирования C c Java Delphi.

Со своей стороны, второй использует синтаксис, очень похожий на язык C ++, хотя исключает некоторые его более темные функции. В частности, устранение указателей не сделало его более выразительным, но зато намного безопаснее.

Аспекты для разработчиков

Язык Си долгое время считался хорошим примером последовательного и однозначного языка, особенно среди современников. Создатели признают определенные недостатки в обозначениях. Основная проблема заключается в большом количестве аспектов, предлагаемых разработчику, среди которых выделяется размер и типы данных. Например, в компиляторах ПК 1980-х диапазон типов "int" был между - 32768 и 32767, что являлось четким отражением 16-битных процессоров. В настоящее время принято принимать 32-битные для целых чисел, поэтому диапазон часто варьируется от -2147483648 до 2147483647. Очевидно, что это создает серьезные проблемы с переносимостью языка.

Эти недостатки, к сожалению, полностью унаследованы C ++, и на сегодня у них нет четкого решения. Язык Java, был создан с самого начала с целью устранения неоднозначностей и зависимостей реализатора и его вспомогательных классов, поэтому в настоящее время является лучшим из популярных языков.

Типы и структуры данных

Язык C предоставляет механизмы, которые в настоящее время считаются рудиментарными для структурированных типов данных. Массивы позволяют указывать однородные коллекции фиксированной длины во время компиляции и имеют очень тесную связь при манипуляциях с указателями. Заметным недостатком является отсутствие типов данных для представления строк, которые необычным образом поддерживаются массивами символов.

Хотя этот «минимализм» способствует повышению производительности выполнения или оптимизации при компиляции, во многих случаях требуется поддержка более сложных типов и связанных с ними операций, таких как векторы, списки, очереди и другие. На практике есть несколько библиотек, которые дополняют эти аспекты, например, популярный Glib, но его программирование более трудоемко, поскольку оно не встроено в язык. Следующий пример иллюстрирует создание вектора динамического массива.

Обычно программист должен избегать такого рода реализаций "с нуля". Следующий пример решает ту же проблему, используя библиотеку Glib.

Со своей стороны, C ++ предоставляет средства, позволяющие создавать очень мощные структуры данных и тесно интегрированные в язык. Также разработчик может создавать свои собственные типы с различными связанными операциями.

Модульность и уровни упаковки

Первоначально этот критерий относился к возможности разработки независимых компонентов, которые в конечном итоге могли бы взаимодействовать. В этом смысле языки позволяют разрабатывать функции, классы и пакеты, каждый со своими собственными соглашениями.

Что касается «уровней упаковки» компонентов, язык C на практике предоставляет только два уровня: видимые компоненты в файле исходного кода и глобально видимые компоненты, например, функции и переменные. В C ++ концепции «class» и «namespace» предоставляют два дополнительных уровня «упаковки», в то время как в Java эквиваленты соответствуют классам и «пакетам». Критерий средства ввода-вывода определяет возможность последовательного, произвольного и индексированного доступа к файлам, которым обладают. Также делается ссылка на доступ к системам баз данных.

Доступ к системам базы данных

Поскольку «C» был и остается одним из самых популярных языков, используемых для разработки средних и больших систем, любое приложение предоставляющее интерфейс программирования, позволяет доступ через язык C. Это практически обосновано для всех самых популярных коммерческих и некоммерческих баз данных, с которыми C имеет неограниченный доступ, хотя и не самый удобный.

Со своей стороны, программа, написанная на C ++, обычно имеет возможность использовать API языка C. Многие системы баз данных предоставляют улучшенный объектно-ориентированный интерфейс, доступный на этом языке.

Создатели Java, благодаря предыдущему опыту, стандартизировали объектно-ориентированный интерфейс для доступа к любой базе данных портативным способом. Этот API называется Java Database Connectivity, и благодаря большой популярности Java практически все крупные поставщики БД создали реализации этого интерфейса, что способствует переносимости с точки зрения доступа к ним, при этом несовместимость и расширения SQL сохраняются.

В этом смысле Java ввел радикальный, хотя и предсказуемый подход при разработке языка, практически не имеющего функций, зависящих от исполнителя. Достигнутая переносимость качественно превосходит то, что можно получить с помощью языка C/C ++, и выполняется автоматически любым разработчиком. Поэтому если необходима максимальная мобильность при «низкой стоимости», выбор остается за Java.

Сравнение производительности языков программирования

Этот аспект всегда вызывал интерес у разработчиков и продолжает оставаться предметом ожесточенных дискуссий. Хорошо известно, что практически все компьютеры запускают программы через один или несколько центральных процессоров (ЦП), которые содержат так называемый «машинный язык» или «машинный код», состоящий из серии относительно элементарных или очень «низкоуровневых» операций. Таких как запись байтов в память, добавление пары чисел, чтение байтов с внешнего устройства и другие.

Когда говорят об эффективности/производительности, то в основном имеется ввиду сравнение скорости языков программирования, с которой программы, способны выполнять различные задачи. И также необходимо учитывать системные ресурсы, необходимые при его выполнении.

Все языки должны быть «переведены» в определенный момент на «машинный язык» для выполняемых программ. Упрощенно, этот процесс называется «компиляцией», и язык C, и язык C ++ следуют этой схеме «компиляции» в «машинный язык» процессора. В частности, язык C имеет очень простые структуры данных, которые являются прямым переводом на «машинный язык». Во многих случаях эта простота делает программу производительной.

Общность и стандартизация

На практике C обычно используется для создания базовых или низкоуровневых компонентов, например, ядра многих операционных систем, в то время как C ++ и Java имеют гораздо более широкий спектр — коммерческие приложения всех видов. Java, во многом благодаря предвидению и публичности Sun и различных поставщиков «серверов приложений», в настоящее время широко используется в контексте веб-серверов, сервлетов и JSP, часто сопровождаемых многоуровневой архитектурой.

C и C ++ являются хорошими примерами стандартизированных успешных языков, что способствует открытой конкуренции между реализациями, без ущерба для переносимости. К сожалению, для них не существует формальных процессов сертификации, и многие разработчики просто игнорируют некоторые характеристики, что создает очевидные недостатки для программистов, желающих работать «в соответствии со стандартом».

Отчасти по этой причине Sun вначале исключила использование аналогичного механизма стандартизации Java (языка и библиотек), но затем уступила и следит за этим (Java Community Program.) Кроме того, Sun предоставляет требовательные сертификационные тесты, чтобы разработчики могли подтвердить и опубликовать свою приверженность стандартам.

Эволюция и обновление

C и его «библиотека по стандарту C99 все еще ожидает полной реализации обновления. GNU GCC включает в себя подавляющее большинство необходимых функций и один из самых стабильных доступных языков.

C ++ продолжает свой путь с новым обновлением C ++ 0x, ориентированного на развитие библиотек, включая GUI API.Со своей стороны, Java продолжает в ускоренном темпе вносить дополнения и улучшения в основные библиотеки, а также в базовый язык, нацеленные на создание современной и очень функциональной платформы для различных видов приложений.

Поддержка библиотек

Учитывая длительное постоянство применения, и C, и C ++ имеют чрезвычайно широкий спектр библиотечных опций для различных целей. Кроме того подавляющее большинство новых систем предоставляют библиотеки, которые позволяют взаимодействовать с программами, написанными на этих языках.

Единственный сомнительный аспект заключается в том, что очень немногие из них стандартизированы так же, как и язык. Со своей стороны, C ++ имеет более обширную библиотеку, которая включает в себя «стандартную библиотеку C», а также знаменитую библиотеку шаблонов «STL», реализующей различные структуры данных в общем виде и множество алгоритмов.

Java с самого начала имел хорошую политику стандартизации многих библиотек через классы и интерфейсы для большого количества аспектов, которые никогда не рассматривались в C или C ++, например, таких, как графический интерфейс, доступ к базам данных, веб-страницы. Данное обстоятельство совершенно не исключает использование более специализированных сторонних библиотек. Контекст стандартизированных библиотек вокруг Java настолько широк, что «платформа Java» объявлена как набор технологий, предназначенных для различных типов приложений.

Лучшие языки программирования 2018. Интерактив

Сравнение производительности языков программирования 2018 можно получить онлайн на сайте Spectrum.ieee. Это приложение определяет текущую популярность десятков существующих. Можно отфильтровать их, исключив не нужные секторы. Рейтинги создаются путем сравнения и объединения 12 метрик из 10 источников. В этом году будет использоваться на один источник меньше, поскольку сайт Dice закрыл API.

Набор сравнения по умолчанию дает текущий рейтинг IEEE Spectrum, но есть предустановленные параметры для тех, кто более заинтересован в том, чтобы подобрать что-то особенное и создать собственный рейтинг. Чтобы сравнить с данными за предыдущий год, нажимают «Добавить сравнение», а затем «Изменить рейтинг», что даст возможность сравнить данные за 2014–2017 годы. Это приложение было первоначально разработано в сотрудничестве с IEEE Spectrum журналистом данных Ником Диакопулусом.

Анализ переполнения стека сопоставляет данные IEEE Spectrum на наиболее актуальных "шифрах" 2018 года. В таблице сравнения языков программирования Python занимает почетное первое место. Изучая данные свежего рейтинга, совершенно очевидно, что это один из самых универсальных, который существует, он может использоваться во многих различных областях. Многие считают его языком, который служит практически любой цели.