Здесь мы подробно рассмотрим, что делает язык программирования «быстрым», почему это так важно и как вы можете начать изучать некоторые из самых быстрых языков программирования.
Что делает язык программирования быстрым?
Ключевая особенность языка программирования, которая определяет его скорость, заключается в том, компилируемый он или интерпретируемый. Компилируемые языки, такие как Lisp, C++, Go, Rust и Swift, должны быть преобразованы в машинный код (см. ассемблер ниже), который уже непосредственно взаимодействует с аппаратной составляющей. Интерпретируемые языки, такие как Python, JavaScript, Ruby и PHP, работают путем преобразования исходного кода в машинный код налету. Поскольку этот процесс преобразования происходит непосредственно во время выполнения кода и увеличивает нагрузку, то можно сделать вывод, что интерпретируемые языки работают медленнее, чем компилируемые.
Есть несколько других факторов, определяющих скорость языка. Возьмите, например, Java и C#. Эти языки являются и компилируемыми, и интерпретируемыми. Однако вместо компиляции в код на языке ассемблера они компилируются в байт-код. Скомпилированный байт-код интерпретируется для запуска на виртуальной машине, оптимизированной для прямого взаимодействия с аппаратной составляющей. Байт-код – это своего рода язык ассемблера для виртуальной машины. Такой процесс делает эти языки более быстрыми, чем, например, JavaScript, который преобразует текстовый исходный код непосредственно в машинный.
Другой фактор – это статическая или динамическая типизация. Языки со статической типизацией определяют типы всех переменных при компиляции языка, а языки с динамической типизацией проверяют тип переменных во время выполнения кода. Эта проверка типов в режиме реального времени несет за собой некоторые затраты вычислительных ресурсов, что делает языки с динамической типизацией медленнее, чем языки со статической типизацией.
Какие языки программирования самые быстрые?
Самый быстрый язык программирования должен напрямую взаимодействовать с машиной. Давайте рассмотрим некоторые из самых быстрых языков, с которыми вы можете столкнуться, а также посмотрим для чего они используются.
Assembly (ассемблер)
На самом деле язык ассемблера не является каким-то одним конкретным языком. Это просто название, которое дают любому низкоуровневому языку программирования, который напрямую взаимодействует с аппаратным обеспечением компьютера. Это означает, что ассемблер для вашего ноутбука будет отличаться от ассемблера для вашего мобильного телефона, поскольку у них разные процессоры, требующие разных инструкций. Обычно ассемблер используют только разработчики, которые работают непосредственно с аппаратной составляющей или которые создают языки программирования.
Lisp
Lisp – это один из первых языков программирования. Ему уже более 60 лет. Было множество разновидностей этого языка, и многие другие языки программирования использовали некоторый набор функциональных возможностей, характерный для Lisp. Clojure, например, - это современный диалект Lisp, реализованный для виртуальной машины Java. Однако Lisp находится в этом списке не благодаря Clojure. Common Lisp компилируется непосредственно на языке ассемблера, а это означает, что код, который вы пишете на Lisp, будет ассемблерным при запуске в качестве исполняемого файла. Lisp все еще используется, но чаще вы можете его встретить именно как Clojure, а не Common Lisp.
C/C++
C и C++ также являются компилируемыми языками. С – это простой процедурный язык программирования, который был разработан в начале 1970-х годов и который широко используется и по сей день (в основном во встроенных приложениях из-за его скорости и небольшого размера). С++ - это язык, расширяющий С и добавляющий объектно-ориентированные функции. Именно из-за этого он заменил С во многих приложениях. С++ используется в тех случаях, когда важна производительность, например, при разработке 3D-видеоигр или операционных систем.
Go
Go, также известный как Golang, - это язык программирования, разработанный Google. Он компилируется в ассемблер, как и большинство других языков, упомянутых здесь, но у него гораздо больше современных функций, более простой синтаксис и на нем легче писать (в сравнении с давним лидером среди быстрых языков С/С++). Golang часто используется в сетевых серверах и распределенных системах, где его скорость может повысить производительность этих систем.
Rust
Rust – еще один компилируемый язык программирования, который также является более безопасной альтернативой С/С++. Он ориентирован на скорость, безопасность памяти и параллельную обработку. Он часто используется в игровых движках, компонентах браузера и движках моделирования виртуальной реальности, где скорость в приоритете.
C#
C# - это язык, подобный Java. Он сначала компилируется в байт-код, а затем интерпретируется виртуальной машиной. Это делает его похожим на интерпретируемый язык, но при этом добавляет скорости. C#, разработанный Microsoft, прост в освоении и содержит множество сторонних библиотек, которые упрощают и ускоряют разработку. Он часто используется для создания настольных приложений, видеоигр и веб-сервисов.
Java
Java компилируется в байт-код, который затем интерпретируется виртуальной машиной Java (JVM). Это один из первых языков, использующий такую процедуру, поэтому он быстро стал (и остается) таким популярным. Использование виртуальной машины подразумевает, что приложение Java может быть перемещено из одной операционной системы в другую без изменения кода, если для второй операционной системы доступна версия JVM. Эта кроссплатформенная функция в сочетании со скоростью делает Java популярным языком программирования для многих прикладных задач, включая веб-разработку, разработку настольных приложений, разработку игр, разработку мобильных приложений и т.д.
Swift
Swift – это современный язык программирования, разработанный Apple, который компилируется в ассемблер. Он был разработан с целью замены старого языка Objective-C. Он используется для разработки ваших любимых продуктов Apple, таких как Apple TV, Apple Watch, iPhone и iPad. Swift на сегодняшний день – самый популярный язык разработки для Mac OS X и iOS. Но при этом он также является кроссплатформенным и начинает использоваться и в других прикладных задачах.
Не всегда дело в скорости
Хотя скорость и важна при выборе языка программирования, но есть множество других факторов, о которых тоже не стоит забывать. При написании кода бывают ситуации, когда другие характеристики языка программирования могут оказаться важнее скорости. В конце концов, если бы скорость была в приоритете для каждого проекта, то языки программирования, не вошедшие в этот список, не применялись бы вовсе, и мы бы писали код на ассемблере. Так или иначе, правда в том, что некоторые из самых популярных языков программирования даже не вошли в этот список.
Скорость относительна, и во многих случаях программа на С++ будет в 10 раз быстрее программы на Python, но в данном случае это не имеет значения. В конце концов, если операция завершится за 0,001 секунды, а не за 0,01 секунды, вы действительно почувствуете разницу? Однако разница будет заметна, если вам придется выполнять одну и ту же операцию тысячи раз в цикле.
В большинстве случаев скорость разработки куда важнее скорости выполнения. Медленную программу можно масштабировать для повышения ее производительности, выделяя на нее больше ресурсов, а вычислительные ресурсы намного дешевле, чем оплата времени разработки для написания кода на более сложном для написания языке низкого уровня. Более медленные языки программирования популярны, потому что на них легче писать, они имеют множество доступных сторонних библиотек и могут быть быстрее развернуты. Все это ускоряет процесс разработки.
Хотя скорость языка программирования не всегда является самой важной характеристикой, у нее все же есть определенные преимущества.
