パフォーマンスのためにPythonからNimに切り替える価値はありますか？

NimはPython構文とCパフォーマンスを組み合わせたものです







。数週間前、GitHubを閲覧していて、興味深いリポジトリに出くわしました。プロジェクトは完全にNimで作成されました。今まで彼に出会ったことがなかったので、今回はどんな動物なのかを考えてみることにしました。



最初、私は時代遅れだと思いました。これは、私とは異なり、多くの人が積極的に使用している一般的なプログラミング言語の1つです。そして、それを勉強することにしました。



これが私の結論です：

• この言語は、実際には狭い範囲の人々の間で人気があります。
• おそらくそうあるべきです。

そこで、Nimでの私の経験について少しお話しし、その中のプログラミングの機能について簡単に説明し、PythonやCと比較してみます。将来的には、この言語は私にとって非常に有望であるように思われます。

スタジオでコード！

例として、私はこんにちは、世界よりも複雑な何かをニムで書くことにしました：







それは余分なものではないようですよね？Nimのことを聞いたことがなくても、それが何をするのかを簡単に理解できるほど単純なようです。（プログラムは「num：5 i：5」を出力します）



それでは、どこかから私たちに馴染みがあると思われるものを分析しましょう。

変数宣言

これはJavaScript開発者にとってはなじみのあることです。一部の言語はvarを使用し、一部はletを使用しますが、JSとNimでは、変数を宣言するときに両方を使用できます。ただし、NimとJSでは動作が異なることに注意することが重要です。しかし、それについては後で詳しく説明します。

ブロック

Nimの新しいブロックを示すために、コロンとそれに続くインデントされた行を使用します。すべてがPythonのようです。

キーワード

ループとifステートメントはどちらもPythonコードの一部のように見えます。実際、5行目以降はすべてPythonコードです（echo関数が定義されていると仮定します）。



そうです、多くのPythonキーワードと演算子もNimで使用できます：not、is、and、orなど。



つまり、これまでのところ、Nimには特別なことは何もありません

。変数を宣言するためにletまたはvarを使用する必要があるという事実を考慮すると、Pythonの最悪のバージョン（構文の観点から）です。



ここでやめることもできますが、大きな「しかし」があります。Nimは静的に型付けされた言語であり、C言語とほぼ同じ速度で動作します。



さて、別の会話に移りましょう。それをチェックしよう。

性能テスト

Nimの構文（特にこれまで見ていない静的に型付けされた部分）に飛び込む前に、そのパフォーマンスを評価してみましょう。これを行うために、Nim、Python、Cでn番目のFibonacci数を計算するための単純な実装を作成しました。



公平を期すために、Leetcodeソリューション（オプション1）に基づいて実装を標準化し、3つの言語すべてで可能な限り厳密に準拠するようにしました。

もちろん、LRUキャッシュについて思い出させることができます。しかし今のところ、私の仕事は標準的なアプローチを使用することであり、計算を最適化しようとはしていません。だから私は素朴な実装を選びました。

40番目のフィボナッチ数を計算した結果は次のとおりです。







はい、厳密に言えば、実験は純粋とは言えませんが、これはより深刻なテストを行った他の愛好家の結果と相関しています[1] [2] [3]。



この記事のために書いたすべてのコードは、この実験の実行方法の説明を含め、GitHubで入手できます。



では、なぜNimはPythonよりもはるかに高速なのですか？



ええと、私は2つの主な理由があると思います：

1. Nimはコンパイルされた言語であり、Pythonは解釈された言語です（詳細はこちら）。これは、Pythonプログラムを実行する前にプログラムを解釈する必要があるため、Pythonプログラムを実行するとより多くの作業が行われることを意味します。これは通常、言語を遅くします。
2. Nimは静的に入力されます。前に示した例には型宣言はありませんでしたが、実際に静的に型付けされた言語であることが後でわかります。動的に型付けされるPythonの場合、型を適切に定義して処理するために、インタープリターはさらに多くの作業を行う必要があります。また、パフォーマンスが低下します。

作業速度が向上します-コーディング速度が低下します

ここでは何のPythonドキュメントはインタプリタ言語についてこう述べています。

« / , , ».

これは、たとえばPythonとCの間のトレードオフの良い一般化です。Pythonでできることは何でも、Cでもできますが、Cプログラムは何倍も速く実行されます。



ただし、Cコードの記述とデバッグに多くの時間を費やすため、煩雑で読みにくくなります。そのため、Cはもはや需要がなく、Pythonが人気があります。言い換えれば、Pythonははるかに単純です（もちろん、比較的）。



したがって、Pythonがスペクトルの一方の端にあり、Cがもう一方の端にある場合、Nimは中間のどこかに到達しようとしています。Pythonよりもはるかに高速ですが、Cほどプログラミングは難しくありません



。Fibonacci数の計算の実装を見てみましょう。



から：

#include <stdio.h>
int fibonacci(int n) {
    if (n <= 1) {
        return n;
    } 
    return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2);
}

int main(void) {
    printf("%i", fibonacci(40));
}

Python：

def fibonacci(n):
    if n <= 1:
        return n
    return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)

print(fibonacci(40))

ニム：

proc fibonacci(n: int): int = 
    if n <= 1:
        return n
    return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)

echo(fibonacci(40))

Nimはプロシージャ（関数）構文で「=」記号を使用しますが、一般にCよりもコードを書く方がはるかに簡単です。



おそらくこれは本当に価値のあるトレードオフですか？Pythonよりも書くのは少し難しいですが、10倍速く動作します。私はそれと一緒に暮らすことができました。

Nim構文

import strformat

#    https://nim-lang.org/

type
  Person = object
    name: string
    age: Natural #      

let people = [
  Person(name: "John", age: 45),
  Person(name: "Kate", age: 30)
]

for person in people:

  echo(fmt"{person.name} is {person.age} years old")

主な機能を紹介します。

変数

var、let、またはconstを使用して変数を宣言します。



varとconstはJavaScriptと同じように機能しますが、話は異なります。



JavaScript letはスコープの点でvarとは異なり、Nimletは初期化後に値を変更できない変数を示します。私にはSwiftのように見えます。



しかし、それは定数と同じではありませんか？- あなたが尋ねる。



番号。Nimでは、constとletの違いは次のとおりです。

constの場合、コンパイラはコンパイル時に値を決定できる必要がありますが、letの場合、実行時に決定できます。

ドキュメントからの例：

const input = readLine(stdin) # Error: constant expression expected
let input = readLine(stdin)   #  

または、変数を次のように宣言して初期化することもできます。

var
   a = 1
   b = 2
   c = 3
   x, y = 10 #   x  y   10

機能

Nimの関数はプロシージャと呼ばれます。

proc procedureName(parameterName: parameterType):returnType =
   return returnVar

言語が多くの点でPythonに似ていることを考えると、最初に見たときの手順は少し奇妙に思えます。



「{」または「：」の代わりに「=」を使用すると、明らかに混乱します。プロシージャを1行で記述すると、すべてが少し良くなります。

proc hello(s: string) = echo s

関数の結果を取得することもできます。

proc toString(x: int): string =
   result =
       if x < 0: “negative”
       elif x > 0: “positive”
       else: “zero”

どういうわけか結果を返す必要があるように感じますが、この場合、結果は変数ではなく、キーワードです。したがって、上記のコードスニペットは、Nimの観点からは正しいものになります。



手順をオーバーロードすることもできます。

proc toString(x: int): string =   
    result =     
        if x < 0: "negative"     
        elif x > 0: "positive"     
        else: "zero"  
proc toString(x: bool): string =   
    result =     
        if x: "yep"     
        else: "nope"
echo toString(true) #  "yep"
echo toString(5) #  "positive"

条件とサイクル

それはPythonと多くの関係があります。

# if true:

# while true:

# for num in nums:

たとえば、範囲（）の代わりにリストを反復処理するには、カウントアップ（開始、終了）またはカウントダウン（開始、終了）を使用できます。あなたはそれをさらに簡単に行うことができ、start..finishでiに使用できます

ユーザーの入力と出力

let input = readLine(stdin)
echo input

Pythonと比較すると、readLine（stdin）はinput（）と同等であり、echoはprintと同等です。



エコーは、括弧の有無にかかわらず使用できます。



私の目標は、Nimの基本的な理解を提供することであり、すべてのドキュメントを再説明することではありません。だから私は構文に行き着き、言語の他の機能に移ります。

追加機能

オブジェクト指向プログラミング

Nimはオブジェクト指向の言語ではありませんが、オブジェクトの操作に対するサポートは最小限です。もちろん、彼はPythonクラスからはほど遠いです。

マクロ

Nimはマクロとメタプログラミングをサポートしており、開発者はこれに多くの重点を置いているようです。これは、3レッスンシリーズの独自のセクションの主題です。



小さな例：

import macros  macro myMacro(arg: static[int]): untyped =  
   echo arg

myMacro(1 + 2 * 3)

基本的なデータタイプ

string, char, bool, int, uint  float.

次のタイプも使用できます。

int8, int16, int32, int64, uint8, uint16, uint32, uint64, float32, float64

さらに、Nimの文字列は、Pythonとは異なり、可変型です。

コメント

Pythonとは異なり、Nimは複数行のコメントに「[」および「]」と組み合わせて「＃」文字を使用します。

# a comment#[
a
multi
line
comment
]#

JavaScriptのコンパイル

NimはそのコードをJavaScriptに変換できます。多くの人がこれを使用するために来るかどうかはわかりません。しかし、Nimで書かれたSnakeブラウザゲームのそのような例があります。

イテレーター

NimイテレーターはPythonジェネレーターに似ています。

iterator countup(a, b: int): int =
   var res = a
   while res <= b:
       yield res
       inc(res)

大文字

と小文字の区別とアンダースコアNimは、最初の文字に対してのみ大文字と小文字を区別します。



つまり、HelloWorldとhelloWorldは区別されますが、helloWorld、helloworld、およびhello_worldは区別されません。したがって、次の手順は問題なく機能します。たとえば、次のようになります。

proc my_func(s: string) =
   echo myFunc("hello")

ニムはどれくらい人気がありますか？

NimはGitHubに10,000近くの星を持っています。これは明らかなプラスです。それにもかかわらず、私は他の情報源から言語の人気を推定しようとしました、そしてもちろん、それはそれほど高くはありません。



たとえば、Nimは2020年のスタックオーバーフロー調査でも言及されていませんでした。LinkedInでNim開発者の仕事を見つけることができませんでした（Worldwide geographyでも）。StackOverflowで[nim-lang]タグを検索すると、349の質問しか返されませんでした（Pythonの場合は約1,500,000、Swiftの場合は270,000と比較してください）



。したがって、ほとんどの開発者はそれを使用したことがなく、多くの開発者はNim言語について聞いたことがないと想定するのが妥当です。

Pythonを置き換える？

正直なところ、ニムはかなりクールな言語だと思います。この記事を書くために、私は必要最小限を研究しました、しかしそれは十分でした。あまり深く掘り下げていませんが、将来的にはNimを使う予定です。個人的にはPythonの大ファンですが、静的に型付けされた言語も好きです。したがって、私にとっては、パフォーマンスの向上により、構文のわずかな冗長性が補われる場合があります。



基本的な構文はPythonと非常に似ていますが、より複雑です。したがって、ほとんどのPythonファンはおそらくそれに興味がないでしょう。



また、Go言語も忘れないでください。あなたが読んでいるときに、あなた方の多くがこれについて考えたことがあると私は確信しています、そして当然そうです。 Nimの構文はPythonの構文に近いという事実にもかかわらず、パフォーマンスの点では、「簡略化されたC ++」の言語と正確に競合します。

私はかつてGoのパフォーマンスをテストしました。特に、Fibonacci（40）の場合、Cと同じ速さで動作しました。

しかし、それでも：NimはPythonと競合できますか？私はそれを非常に疑っています。コンピューターのパフォーマンスを向上させ、プログラミングを簡素化する傾向が見られます。そして、私が述べたように、Nimが優れた構文とパフォーマンスのトレードオフを提供したとしても、純粋で用途の広いPythonを打ち負かすには十分ではないと思います。

NimCore開発者の1人と話をしました。彼は、NimはpythonistsよりもC ++から移行する人に適していると考えています。

NimはGoと競争できますか？おそらく（Googleが「許可」している場合）。Nim言語はGoと同じくらい強力です。さらに、Nimは、マクロやオーバーロードなど、C / C ++機能をより適切にサポートしています。



しかし、それについては次回のいつかについてもっと。

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