Co sprawia, że ​​język jest „zoptymalizowany” do określonego zadania?

Często istnieją języki programowania, które specjalizują się w określonych zadaniach. Niektóre języki programowania doskonale sprawdzają się w arytmetyce tablic (takie jak macierze i użycie tablic wielowymiarowych), ale niektóre są znacznie lepsze w matematyce wyższego poziomu, która jest trudna do odtworzenia w innych językach (ale nadal jest taka sama).

A co z językiem, który lepiej nadaje się do określonego zadania lub celu końcowego niż inne języki, biorąc pod uwagę, że i tak po prostu kompiluje się w asemblerze?

Mówię o kompletnych językach Turinga, które są odpowiednikami Turinga.

Jest kilka rzeczy do rozważenia:

• Abstrakcja: co język traktuje jako „specjalny”? Czy macierze są pierwszorzędnymi wartościami, jak w Matlabie, czy koduje się je za pomocą prostszych typów, takich jak tablice, jak w C? C sprawia, że ​​myślisz o tym, jak implementowane są macierze, a Matlab nie.

  Podobnie, jeśli masz skomplikowany system komunikacji asynchronicznej, prawdopodobnie potrzebujesz pierwszorzędnych funkcji, aby móc wykonywać oddzwanianie.

  Im więcej dodanych funkcji, tym bardziej złożony staje się język. Tak więc, chociaż istnieją języki „wieloparadygmatyczne”, takie jak C ++ i D, większość języków wybiera niszę, wybiera rzeczy, które są ważne dla tej niszy, i traktuje je priorytetowo jako ich główne abstrakcje.

• Wydajność: cała abstrakcja wiąże się z pewnym kosztem, niezależnie od tego, czy jest to czas kompilacji, czy czas wykonywania. Niektóre języki ograniczają się w sposób, który czyni je mniej abstrakcyjnymi, ale bardziej wydajnymi.

  Wczesny Fortran nie pozwalał na korzystanie ze wskaźników ani rekurencji, więc świetnie sprawdzał się w chrupaniu liczb, szybciej niż język taki jak C, w którym działało wiele pętli. Ale okropnie było kodować duże struktury danych, takie jak drzewa, gdzie potrzebne były wskaźniki do pośrednictwa. (Pamiętaj, że niewiele wiem o nowoczesnym Fortranie).

Zasadniczo zawsze występują kompromisy. Bardziej abstrakcyjne oznacza wolniejsze działanie lub większą złożoność w czasie kompilacji. Więcej funkcji oznacza bardziej złożony język. Niektóre funkcje przyspieszają niektóre czynności, a inne spowalniają, takie jak wskaźniki i rekurencja. Nie ma idealnego języka, więc każdy język osiągnie rodzaj lokalnego maksimum w przestrzeni cech językowych.

Ograniczenia niektórych języków ułatwiają implementację szybszego kodu (np. Fortran vs C i aliasing wskaźników), co stanowi kompromis między gotową wydajnością a możliwościami).

Język nie jest „zoptymalizowany” do konkretnych zadań, ale sprawia to implementacja, kompilatory i ograniczenia, które ułatwiają zrozumienie kodu przez kompilator. Prawdziwa sprawa dotyczy określonych bibliotek, algorytmy zaimplementowane w celu przyspieszenia procesu z przełącznikami w zależności od długości problemu sprawiają, że jest to optymalne.

Na przykład mnożenie wykorzystuje różne przypadki (patrz Mnożenie GMP .

Gdy język określa operacje matematyczne na wyższym poziomie, jego implementacja jest optymalna (w tym przypadku wydajna), ale nie jest to częścią specyfikacji języka.

Proszę spojrzeć na obliczenia rang macierzowych w Matlabie, Mathematice i Klonie (nie mogę teraz samodzielnie wykonać wszystkich testów, ale są one zgodne z moimi testami). Wszystkie te języki (środowiska) implementują tę samą operację wyższego poziomu, ale szczegóły implementacji różnią się, co daje różne czasy.

Kiedy niektóre zadania specyficzne dla domeny (tutaj również język specyficzny dla domeny) są ukierunkowane na określone obliczenia, są one ulepszane i optymalizowane (z biegiem lat) dla docelowych odbiorców. Jednak optymalizacja nie zawsze tak jest. Na przykład Perl ma długą historię obsługi ciągów, ale PCRE (tutaj po prostu wyrażenia regularne Perla) nie są najszybszymi (i używają dużo pamięci), ale są niezwykle ekspresyjne i potężne.

Ograniczenia języka mają znaczenie w procesie kompilacji, wspomniany aliasing wskaźnika zapobiega możliwości zmiany kolejności kodu i wymusza przeładowanie zmiennych.

Moim zdaniem można to właściwie sformułować dość precyzyjnie: narzędzie (na przykład język programowania wraz ze standardowymi bibliotekami) jest optymalnym narzędziem dla określonej klasy problemów, gdy minimalizuje, w stosunku do wszystkich możliwych narzędzi, które można zastosować, oczekiwany koszt uzyskania wystarczająco poprawnego i wydajnego rozwiązania, w którym oczekiwane jest przejęcie określonego rozkładu prawdopodobieństwa dla wszystkich problemów w klasie problemów. Przeważnie ten koszt ma postać czasu programisty i obejmuje przewidywany czas projektowania, przewidywany czas debugowania, przewidywany czas potrzebny na edukację osoby, która nie zna jeszcze narzędzia, itp.

W praktyce prawie żadnej z tych wielkości nie da się zmierzyć. Mimo to uważam, że to właściwy sposób myślenia o problemie.

To doskonałe pytanie, na które nie można łatwo odpowiedzieć. Czy jest coś w języku Erlang, który czyni go odpowiednim do aplikacji telekomunikacyjnych w czasie rzeczywistym? A może chodzi o kompilator Erlang? A może chodzi o społeczność i ekosystem Erlang? Być może ludzie, którzy wiedzą, jak pisać aplikacje telekomunikacyjne, są ekspertami w Erlang, a ludzie, którzy znają Erlang, są ekspertami w aplikacjach telekomunikacyjnych? Podejrzewam, że wszystkie te czynniki odgrywają pewną rolę.

Erlang ma prawdopodobnie dwie funkcje, które sprawiają, że jest on dostosowany do takich aplikacji (uwaga: sam nigdy nie używałem tego języka) - ma dobrą obsługę współbieżności i dynamiczną aktualizację oprogramowania. Te funkcje byłyby przydatne również w wielu innych obszarach, ale inżynierowie telekomunikacji są fanatyczni w kwestii dostępności. Być może, gdyby osoby budujące strony internetowe były tak samo zaniepokojone wysoką dostępnością, jak osoby budujące centrale telefoniczne, Erlang również byłby tam popularny.

W innych odpowiedziach nie ma sensu optymalizowania języka do określonego zadania - nie chodzi tylko o to, co przyspiesza działanie kodu na danym sprzęcie; chodzi o to, jak wyraźnie i zwięźle konkretny język pozwala wyrazić rozwiązanie problemu. To bardzo zależy od dziedziny problemów i (wraz z szumem marketingowym, ignorancją istniejących rozwiązań i ego tripem pisania nowego języka) mamy wiele języków - celem jest, aby programista napisał mniej kodu, co jest mniej podatny na błędy i łatwiejszy do odczytania / zrozumienia / naprawy / ulepszenia dla następnego programisty.

Na przykład zarówno C, jak i C ++ mogą być używane do programowania obiektowego - i rzeczywiście, biblioteka GObject jest dobrym przykładem OO C. Struktura AC zawierająca wskaźniki funkcji może służyć do tego samego celu, co metody wirtualne w klasie C ++, i może wykonywać lepszy; karą programistyczną jest kod kleju do alokacji pamięci, inicjalizacji wskaźników funkcji i wyboru strategii wywoływania metod „macierzystych”. W większości przypadków pisanie jest łatwiejsze / bezpieczniejsze Class klass * = new class()niż struct class *klass = malloc(sizeof(struct class));klass->fn1 = ...;klass->fnN = ....