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能量使用數(shù)據(jù)是否能告訴我們編程語言的質(zhì)量？
六位來自葡萄牙三所大學(xué)的研究人員針對(duì)這一問題進(jìn)行了研究，并發(fā)表了一篇名為《編程語言的能效》的論文。
他們使用27種不同的編程語言實(shí)現(xiàn)了10個(gè)問題的解決方案（均采用相同算法），隨后執(zhí)行這些解決方案，并記錄了每種語言的電量消耗以及運(yùn)行速度和內(nèi)存占用情況，結(jié)果如圖示??
這項(xiàng)研究揭示了一些有趣的發(fā)現(xiàn)：并非所有運(yùn)行速度快的編程語言都具有低能耗。
雖然C語言通常被認(rèn)為是速度最快的，并且在節(jié)能方面也表現(xiàn)優(yōu)異，但在對(duì)DNA數(shù)據(jù)庫進(jìn)行特定基因序列掃描的基準(zhǔn)測(cè)試中，Rust語言顯示出了更低的能耗，而C語言則排在第三位。
此外，"最佳"編程語言的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)也因測(cè)試的不同而異。例如，在一次測(cè)試中，C語言在內(nèi)存使用方面排名第二，而Rust排名第一；但如果按照內(nèi)存使用排序，Rust的排名會(huì)下降9位。
為了確保研究的可比性和代表性，研究者采用了Computer Language Benchmarks Game提供的10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)算法問題進(jìn)行測(cè)試。進(jìn)行各種基準(zhǔn)測(cè)試是至關(guān)重要的，因?yàn)椴煌臏y(cè)試會(huì)得出不同的結(jié)果。
總體來看，盡管C語言在速度和節(jié)能方面通常被認(rèn)為是最優(yōu)的，但在涉及掃描 DNA 數(shù)據(jù)庫中特定基因序列的基準(zhǔn)測(cè)試中，Rust 是最節(jié)能的，而 C 語言位居第三。
運(yùn)行速度快的語言更節(jié)能嗎？
雖然普遍認(rèn)為程序運(yùn)行速度的提升可以降低能耗，但研究者們明確指出，"并非所有運(yùn)行速度快的語言都更節(jié)能"。
研究者們通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出了一個(gè)結(jié)論：CPU消耗了大部分能量，大約平均占 88%。
此外，他們還發(fā)現(xiàn) DRAM 的峰值使用量與能耗之間幾乎沒有直接聯(lián)系。這項(xiàng)研究為一個(gè)長(zhǎng)期存在的問題提供了解答："速度更快是否意味著更環(huán)保？"
是的，當(dāng)按照?qǐng)?zhí)行時(shí)間排序時(shí)，前5名最節(jié)能的語言在能源效率上也幾乎一致。
實(shí)際上，在10個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試中，有9 項(xiàng)測(cè)試的最優(yōu)結(jié)果是由速度最快且能源效率最高的三種語言之一獲得的，這并不出乎研究者們的預(yù)料。
眾所周知，C、C++ 和 Rust 這三種語言因其高度優(yōu)化而在執(zhí)行性能上表現(xiàn)出色。
然而，當(dāng)對(duì)其他24種語言按照運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行排名時(shí)，情況則有所不同。只有OCaml、Haskell、Racket和Python這四種語言在能耗和時(shí)間排名上保持一致，而其他語言的排名則出現(xiàn)了較大差異。
即便在單一基準(zhǔn)測(cè)試中，也存在一些速度快但并不節(jié)能的語言。
編譯型語言的優(yōu)點(diǎn)
編譯型語言似乎是最節(jié)能和運(yùn)行最快的語言，這一點(diǎn)在論文中通過具體的數(shù)據(jù)得到了量化。
根據(jù)研究，編譯語言需要花費(fèi)120J能量來運(yùn)行解決方案，而虛擬機(jī)和解釋型語言要分別花費(fèi)576J和2365J。
在執(zhí)行時(shí)間的對(duì)比上，研究者也采用了相同的精度，得出的結(jié)論是：平均而言，編譯語言花費(fèi)5103毫秒，虛擬機(jī)語言花費(fèi)20623毫秒，解釋型語言花費(fèi)87614毫秒。
兩項(xiàng)排名中的前4名均為編譯型語言（有一個(gè)例外，Java語言）。
5種最慢的語言都是解釋型語言：Lua、Python、Perl、Ruby和Typescript。
5種能耗最多的語言也都是解釋型語言：Perl、Python、Ruby、JRuby和Lua。
但同時(shí)，在使用正則表達(dá)式操作字符串時(shí)，5種最節(jié)能的語言中有三種（TypeScript、JavaScript和PHP）是解釋型語言。盡管在其他情況下，它們往往不是很節(jié)能。
編譯型語言在占用內(nèi)存最少的排名中也占據(jù)了前5名。
研究者指出，平均內(nèi)存使用量方面，編譯語言為125Mb，虛擬機(jī)語言為285Mb，解釋語言為426Mb。
4種解釋型語言內(nèi)存消耗最高。
按編程范式排序，命令式語言平均使用116Mb，面向?qū)ο笳Z言249Mb，函數(shù)式語言251Mb，腳本421Mb。
命令式編程在能源消耗和運(yùn)行速度上通常優(yōu)于其他范式。
研究者強(qiáng)調(diào)，編程范式和語言對(duì)能耗、時(shí)間和內(nèi)存的影響各異，且重要性取決于具體需求。
例如，后臺(tái)任務(wù)可能不需要極速運(yùn)行。某些應(yīng)用需同時(shí)考慮能耗和時(shí)間，C語言在這兩方面表現(xiàn)優(yōu)異。
若要同時(shí)節(jié)省內(nèi)存和時(shí)間，C、Pascal和Go是合適選擇。若考慮時(shí)間、能耗和內(nèi)存三個(gè)因素，C和Pascal在節(jié)能且內(nèi)存使用少方面表現(xiàn)最佳。
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