Điều gì làm cho một ngôn ngữ được tối ưu hóa cho một nhiệm vụ cụ thể?

Thường có những ngôn ngữ lập trình chuyên biệt cho các nhiệm vụ cụ thể. Một số ngôn ngữ lập trình rất xuất sắc về số học mảng (như ma trận và sử dụng mảng đa chiều), nhưng một số ngôn ngữ tốt hơn nhiều ở toán học cấp cao khó có thể tái tạo bằng các ngôn ngữ khác (vẫn hoàn toàn có thể giống nhau).

Điều gì về một ngôn ngữ làm cho nó tốt hơn cho một nhiệm vụ cụ thể hoặc mục tiêu cuối cùng so với các ngôn ngữ khác, với điều kiện đơn giản nhất là biên dịch để lắp ráp mọi cách?

Tôi đang nói về Turing hoàn chỉnh các ngôn ngữ, những ngôn ngữ tương đương với Turing.

Có một vài điều cần xem xét:

• Trừu tượng: ngôn ngữ nào được coi là "đặc biệt"? Là các ma trận giá trị hạng nhất, như trong Matlab, hoặc bạn mã hóa chúng bằng các kiểu đơn giản hơn như mảng, như trong C? C làm cho bạn nghĩ về cách ma trận được thực hiện, Matlab thì không.

  Tương tự, nếu bạn có một hệ thống truyền thông không đồng bộ phức tạp, bạn có thể muốn các chức năng hạng nhất để bạn có thể thực hiện các cuộc gọi lại.

  Càng nhiều tính năng được thêm vào, ngôn ngữ càng phức tạp. Vì vậy, trong khi có một số ngôn ngữ "đa mô hình" như C ++ và D, hầu hết các ngôn ngữ đều chọn một phân khúc thích hợp, chọn những thứ quan trọng đối với phân khúc đó và ưu tiên những ngôn ngữ đó là trừu tượng chính của chúng.

• Hiệu suất: tất cả sự trừu tượng đều đi kèm với một chi phí, cho dù đó là thời gian biên dịch hay thời gian chạy. Một số ngôn ngữ giới hạn bản thân theo cách làm cho chúng ít trừu tượng hơn nhưng hiệu quả hơn.

  Fortran thời kỳ đầu không cho phép con trỏ hoặc đệ quy, vì vậy thật tuyệt vời khi bấm số, nhanh hơn một ngôn ngữ như C, nơi bạn đang chạy rất nhiều vòng. Nhưng thật tồi tệ khi mã hóa các cấu trúc dữ liệu lớn, như cây cối, nơi bạn cần con trỏ để xác định. (Lưu ý rằng tôi không biết nhiều về Fortran hiện đại.)

Về cơ bản, luôn có sự đánh đổi. Trừu tượng hơn có nghĩa là thời gian chạy chậm hơn hoặc phức tạp hơn tại thời gian biên dịch. Nhiều tính năng hơn có nghĩa là một ngôn ngữ phức tạp hơn. Một số tính năng làm cho một số thứ nhanh nhất định và những thứ khác chậm, như con trỏ và đệ quy. Không có ngôn ngữ hoàn hảo, vì vậy mỗi ngôn ngữ sẽ đạt đến một loại tối đa cục bộ trong không gian của chất lượng ngôn ngữ.

Các ràng buộc của một số ngôn ngữ giúp dễ dàng thực hiện mã nhanh hơn (ví dụ Fortran vs C và bí danh con trỏ), đó là sự đánh đổi giữa hiệu suất và khả năng vượt trội).

Ngôn ngữ không được "tối ưu hóa" cho các tác vụ cụ thể, nhưng việc triển khai, trình biên dịch và các ràng buộc giúp dễ hiểu mã hơn bởi trình biên dịch làm như vậy. Thỏa thuận thực sự là về các thư viện cụ thể, các thuật toán được triển khai để tăng tốc quá trình với các công tắc tùy thuộc vào độ dài vấn đề làm cho nó tối ưu.

Ví dụ, phép nhân sử dụng các trường hợp khác nhau (xem phép nhân GMP .

Khi ngôn ngữ chỉ định các hoạt động toán học cấp cao hơn, việc triển khai là tối ưu (hiệu quả trong trường hợp này), nhưng đó không phải là một phần của đặc tả ngôn ngữ.

Xin hãy xem tính toán xếp hạng ma trận trong Matlab, Mathicala và Maple (Tôi không thể tự mình thực hiện tất cả các bài kiểm tra, nhưng chúng phù hợp với các bài kiểm tra của tôi). Tất cả các ngôn ngữ (môi trường) này thực hiện cùng một hoạt động cấp cao hơn nhưng các chi tiết triển khai khác nhau sẽ mang lại nhiều thời điểm khác nhau.

Khi một số tác vụ cụ thể của miền (ở đây cũng là ngôn ngữ cụ thể của miền) được định hướng theo các tính toán cụ thể, chúng sẽ được cải thiện và tối ưu hóa (qua nhiều năm) cho đối tượng mục tiêu. Nhưng không phải lúc nào cũng tối ưu. Ví dụ, Perl có lịch sử xử lý các chuỗi dài, nhưng PCRE (ở đây đơn giản là các biểu thức chính quy của Perl) không phải là các chuỗi hiện có nhanh nhất (và sử dụng nhiều bộ nhớ), nhưng cực kỳ biểu cảm và mạnh mẽ.

Các ràng buộc của ngôn ngữ tạo ra sự khác biệt trong quá trình biên dịch, việc đặt bí danh con trỏ được đề cập sẽ ngăn khả năng mã sắp xếp lại và thực thi tải lại các biến.

Theo tôi, điều này thực sự có thể được xây dựng khá chính xác: Một công cụ (ví dụ, ngôn ngữ lập trình cùng với các thư viện chuẩn của nó) là công cụ tối ưu cho một loại vấn đề cụ thể khi nó giảm thiểu, trên tất cả các công cụ có thể có thể sử dụng, chi phí dự kiến ​​để có được một giải pháp đủ chính xác và hiệu quả, trong đó kỳ vọng được thực hiện đối với một số phân phối xác suất nhất định đối với tất cả các vấn đề trong lớp vấn đề. Chủ yếu là chi phí này ở dạng thời gian lập trình viên , và bao gồm thời gian thiết kế dự kiến, thời gian gỡ lỗi dự kiến, thời gian dự kiến ​​cần thiết để giáo dục một người chưa quen với công cụ, v.v.

Trong thực tế, hầu như không có số lượng nào trong số này thực sự có thể được đo. Tuy nhiên, tôi nghĩ rằng đó là cách đúng đắn để suy nghĩ về vấn đề.

Đó là một câu hỏi xuất sắc và không dễ trả lời. Có bất cứ điều gì về ngôn ngữ Erlang làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng viễn thông thời gian thực không? Hay là một cái gì đó về trình biên dịch Erlang? Hay đó là một cái gì đó về cộng đồng và hệ sinh thái Erlang? Có lẽ đó là những người biết cách viết các ứng dụng viễn thông là chuyên gia về Erlang và những người biết Erlang là chuyên gia về các ứng dụng viễn thông? Tôi nghi ngờ rằng tất cả các yếu tố này đóng một vai trò.

Có thể có hai tính năng trong Erlang phù hợp với các ứng dụng đó (hãy cẩn thận: tôi chưa bao giờ sử dụng ngôn ngữ này) - nó hỗ trợ tốt cho việc đồng thời và hỗ trợ nâng cấp phần mềm động. Những tính năng này cũng hữu ích trong nhiều lĩnh vực khác, nhưng các kỹ sư viễn thông rất cuồng tín về thời gian hoạt động. Có lẽ nếu mọi người xây dựng các trang web quan tâm đến tính sẵn sàng cao như mọi người xây dựng các tổng đài điện thoại, Erlang cũng sẽ phổ biến ở đó.

Các câu trả lời khác bỏ lỡ điểm tối ưu hóa ngôn ngữ cho một tác vụ cụ thể - đó không chỉ là về điều gì làm cho mã chạy nhanh hơn trên phần cứng nhất định; đó là về cách rõ ràng và ngắn gọn một ngôn ngữ cụ thể cho phép bạn thể hiện giải pháp cho một vấn đề. Điều đó phụ thuộc rất nhiều vào miền vấn đề và (cùng với sự cường điệu về tiếp thị, không biết gì về các giải pháp hiện có và chuyến đi viết một ngôn ngữ mới) là lý do tại sao chúng ta có nhiều ngôn ngữ - mục tiêu là để lập trình viên viết ít mã hơn là ít dễ bị lỗi hơn và dễ dàng hơn cho các lập trình viên tiếp theo để đọc / hiểu / sửa chữa / nâng cao.

Ví dụ, cả C và C ++ đều có thể được sử dụng để lập trình hướng đối tượng - và thực tế, thư viện GObject là một ví dụ điển hình về OO C. Cấu trúc AC chứa các con trỏ hàm có thể phục vụ cùng mục đích như các phương thức ảo trên lớp C ++ và có thể thực hiện tốt hơn; hình phạt phát triển là mã keo để phân bổ bộ nhớ, khởi tạo các con trỏ hàm và chọn một chiến lược để gọi các phương thức 'cha mẹ'. Hầu hết thời gian nó rõ ràng / an toàn hơn để gõ Class klass * = new class()hơn struct class *klass = malloc(sizeof(struct class));klass->fn1 = ...;klass->fnN = ....