C 语言和 Fortran 的区别

C 和 Fortran 是两种古老但至今仍广泛使用的编程语言。它们为不同的用户和不同的目的而设计，这使得它们在历史长河中产生了广泛的差异。本文将依次探讨它们各自的历史、特性、语法、性能特点和通用用途。C 和 Fortran 之间的区别也将以表格形式进行总结。

C 语言

历史背景

起源：C 语言由 Dennis Ritchie 于 20 世纪 70 年代初在贝尔实验室开发，是 B 编程语言的演进。开发 C 的主要目的是使其适合系统编程，特别是编写 UNIX 操作系统。

演进：多年来，C 语言在 ANSI C (C89/C90)、C99 和 C11 等规范下得到了修改和标准化，每个规范都引入了新特性和改进。

主要特点

C 语言的几个关键特性如下：

• 过程式语言：C 是主要用于过程式编程的语言，它将代码组织成函数和过程。
• 低级访问：C 通过指针提供低级内存操作能力，允许直接寻址内存位置。
• 数据类型：C 允许使用多种数据类型，例如：
  基本类型：int、char、float 和 double
  派生类型：数组、结构体、联合体
• 标准库：提供丰富的功能，包括输入/输出、字符串处理、内存管理和数学运算。
• 可移植性：C 程序可以经过少量修改即可在多个平台编译，因此 C 在可移植性方面备受推崇。

语法

由于先前语言的熟悉性以及使用其他编程思想的特点，为 C 语言创建了语法规则。

• 使用大括号来界定代码块。
• 使用分号来终止语句。
• C 是基于函数的。

性能

• 效率：C 是一种低级语言，以其性能而闻名，这不仅得益于编译器层面，还包括手动优化。
• 灵活的内存管理：开发者对内存的分配和释放拥有完全的控制权，从而能够有效地利用资源。

社区和应用

• 社区：C 拥有庞大的用户群，拥有良好的社区支持和丰富的资源。
• 常见应用领域：C 广泛应用于系统编程、嵌入式系统、游戏开发和对性能要求极高的应用程序。

Fortran 编程语言

背景历史

Fortran，是“Formula Translation”（公式翻译）的缩写，是一种编程语言，最初由 IBM 于 20 世纪 50 年代为科学和工程计算而开发，也是世界上第一门高级编程语言，旨在简化数学方程的处理。

演变

Fortran 经过了漫长的发展，经历了多个标准：Fortran 77、Fortran 90、Fortran 95，以及更新的 Fortran 2003、Fortran 2008 和 Fortran 2018，不断添加新特性和改进。

基本特性

Fortran 的几个特性如下：

• 数值计算：Fortran 专注于数值和科学计算，内置支持复杂的数学函数和运算。
• 数组处理：Fortran 拥有强大的数组处理能力。它可以对整个数组进行运算，而无需显式使用循环。
• 数据类型：Fortran 有几种内置类型：
  1. 整数、实数、复数、字符
  2. 用于用户定义结构的派生类型
• 标准库：Fortran 包含专门用于数学和科学计算的库，如 LAPACK 和 BLAS。

语法方面

• Fortran 的语法最接近日常英语，可以采用固定格式或自由格式。固定格式与早期版本（如 Fortran 77）相关，代码需要放置在特定的列中。
• 自由格式——更现代的版本（Fortran 90 及以上）允许在代码构建方面拥有更大的灵活性。

编程范式

• 命令式和过程式：该语言是过程式的，但在后期版本中引入了一些面向对象的编程能力。
• 数组和矩阵运算：该语言旨在高效地处理数组和矩阵运算，使其特别适合科学应用。

性能

• 针对数值任务的优化：Fortran 编译器高度优化了数值计算，由于其对循环和数组处理的专业优化，在科学应用中经常优于 C。
• 编译器优化：现代 Fortran 编译器可以自动优化代码以提高性能，尤其是在数组运算方面。

社区和应用

• 社区：Fortran 仍然拥有一个强大的社区，尽管开发者数量较少，但在学术界和科学研究领域非常活跃。
• 典型用例：在计算流体动力学、数值天气预报、物理应用和工程学等主要领域，Fortran 的使用仍然很普遍。

C 和 Fortran 的主要区别

C 和 Fortran 之间存在几个主要区别。以下是一些主要区别：