当手机快没电的时候，管理软件会时常提醒我们关闭某些耗电大的应用。由此可见，除了硬件厂商，软件厂商也应该关注能耗。在这篇文章中，研究人员分析了各种编程语言的能耗比较。当能耗也成为重要指标时，我们该如何选择编程语言呢？2017年，一个由6名葡萄牙研究人员组成的团队决定调查这个问题，并发表了一篇名为《Energy Efficiency Across Programming Languages》的论文。他们用27种语言编写了10个问题（遵循相同的算法）的解决方案，然后运行解决方案，记录了功耗以及每种编程语言的速度和内存使用情况，排名结果如下图所示：通过这项研究，他们得出了一些有趣的结论，比如运行速度快的语言不一定耗能少。在论文中，作者还根据编程语言的执行类型（编译型、虚拟机或解释型）和编程范式（命令式、函数式、面向对象和脚本）对结果进行了分析。具体来说，研究人员使用了计算机语言基准测试游戏（一个用于比较性能的免费软件项目，包含一组标准的算法问题和运行测试的框架）中的10个问题，使研究更具可比性和代表性。运行各种基准测试很重要，因为它们的结果会因执行的测试而异。例如，C语言被认为是整体上最快和最节能的。但在涉及扫描DNA数据库以查找特定基因序列的基准测试中，Rust是最节能的，而C排在第三位。即使在同一个测试中，“最好”的语言也取决于你的标准。例如，在C位居第二而Rust第一位的测试中，如果按内存使用情况对结果进行排序，Rust将下降9位。在一项测试中，Fortran的能效排名第二，如果按运行时间排序，它也下降了6位。研究人员指出，他们严格遵守CLBG项目关于编译器版本和最佳优化标志的指南。功耗是使用Intel的工具-RunningAveragePowerLimit测量的，每个程序运行10次。“这是为了减少冷启动和缓存效应的影响，并能够分析测量的一致性并避免异常值，”作者说。为了保持一致性，所有测试都在运行LinuxUbuntuServer16.10（内核版本4.8.0-22-generic）的桌面上运行。快速语言是否更节能？该论文认真研究了一个常见的假设：更快的程序消耗更少的能量。研究人员指出，事实上，这并不像物理定律E(nergy)=T(ime)xP(ower)那么简单。这是因为电力没有以一定的速度消耗。在其他研究人员的一项研究中，Chapel程序的运行时间比用Pascal编写的等效程序少55%，但测量结果表明Pascal程序使用的能量反而少了10%。因此，虽然人们普遍认为当程序运行得更快时能耗会下降，但研究人员明确表示“更快的语言并不总是更节能”。这可能是一个很难回答的问题，因为功耗受许多因素影响（包括编译器的质量和使用的库）。但最终，研究人员得出的结论是，无论是编译型语言、解释型语言，还是虚拟机，大部分能量（平均约88%）实际上都被CPU消耗掉了。在分析实验结果后，研究人员还得出结论，DRAM峰值使用量与能耗之间“几乎没有关系”。该研究为一个长期存在的问题提供了答案：“更快更环保吗？”是的，是的，而且最节能的前5种语言按执行时间排序时仍然排在前5位，能量值和时间值的差距很小。事实上，在10个基准问题中，9个得分最高的语言（速度和能效）都跻身于最快和最能效的三种语言之列，这并不令研究人员感到惊讶。众所周知，正如研究中的数据所示，三种排名靠前的语言C、C++和Rust都经过了大量优化并高效运行。但当按运行时间对其他24种语言进行排名时，情况就不同了。只有4种语言保持相同的能量和时间排名（OCaml、Haskel、Racket和Python），而其余则完全分散。即使在单个基准测试中，也有速度快但不节能的语言。CompiledLanguages的优势CompiledLanguages似乎是最节能和运行最快的语言，作者甚至可以在论文中用数字量化差异。平均而言，编译型语言运行解决方案需要120J的能量，而虚拟机和解释型语言分别需要576J和2365J的能量。在比较执行时间时使用相同的精度，研究人员得出结论，编译型语言平均耗时5103毫秒，虚拟机语言20623毫秒，解释型语言87614毫秒。两个排名的前4都是编译型语言（Java语言除外）。最慢的5种语言都是解释型语言：Lua、Python、Perl、Ruby、Typescript。最耗能的五种语言也是解释型语言：Perl、Python、Ruby、JRuby、Lua。但与此同时，使用正则表达式操作字符串时最节能的5种语言（TypeScript、JavaScript和PHP）中有3种是解释型语言。尽管在其他情况下，它们往往不是很节能。编译型语言也占据内存使用最少的前5名。“平均而言，编译型语言需要125Mb，虚拟机语言需要285Mb，解释型语言需要426Mb，”研究人员说。具体来说，四种解释型语言在这个排名中垫底，这意味着它们占用的内存空间最多。“如果按照它们的编程范式来排序，命令式语言需要116Mb，面向对象语言需要249Mb，函数式编程语言需要251Mb，脚本语言需要421Mb。”事实上，在比较不同的范式时，命令式编程通常会名列前茅。与面向对象、函数式和脚本范式的基准相比，命令式编程的基准平均使用更少的能量并且运行速度更快。但是有很多因素需要考虑。“很明显，不同的编程范式，甚至是同一范式下的语言，对能耗、时间和内存的影响是完全不同的，”研究人员说。但是，这些因素中哪个最重要取决于您自己的要求（例如，后台任务并不总是需要最快的运行时间）。有些应用程序需要同时考虑两个因素，例如能耗和执行时间。“在这种情况下，C是最好的解决方案，因为它在这两个方面都表现出色，”研究人员说。如果你想在节省内存的同时节省时间，C、Pascal、Go语言都可以。如果您查看3个变量（时间、能量和内存使用），结论是相同的。但是，如果您只想在使用较少内存的同时节省能源，最好的选择是C或Pascal。
