56、使用SaC和Fortran - 90进行非定常冲击波相互作用的数值模拟

使用SaC和Fortran - 90进行非定常冲击波相互作用的数值模拟

1. 引言

过去，若想让代码具备高性能，往往需要牺牲较高的抽象层次。本文将介绍一种能克服这些缺点的方法，即引入数据并行语言SaC，并通过在欧拉系统中实现非定常冲击波模拟器来展示其用法。我们会在16核计算服务器上运行该应用程序，对比SaC和Fortran的性能。

SaC在语法上接近C语言，这使其更易被计算科学家接受。同时，它是一种无副作用的声明式语言，这使得编译器能够进行一系列复杂的优化。更重要的是，它让程序员无需过多关注内存访问效率、空间管理、数据并行性的利用以及迭代空间的优化等实现细节。此外，借助SaC精心设计的数组子类型系统以及强大的函数和运算符重载功能，为特定维度数组编写的代码可在更高维度中复用，其能力远超Fortran和面向对象语言。

SaC已在图像处理、密码学和信号分析等多种应用中得到使用，但在计算流体动力学（CFD）应用方面，据我们所知，仅有一次用于Kademtsev - Petviashivili系统的编程尝试，且该示例过于深奥，无法为单赋值C语言的实际适用性提供结论。本文首次展示了将SaC作为工具解决实际问题——欧拉系统中非定常冲击波模拟的结果。

流体力学方程仅能对少数简单流动进行解析求解，因此CFD在科研和众多工程应用中被广泛使用。计算效率和代码开发的便捷性在CFD中至关重要，CFD也是实现计算机科学新概念和工具的最具前景的领域之一。

2. SaC语言特性

SaC是一种数组处理语言，乍看像Fortran那样的命令式程序，但实际上与函数式编程语言有更多共同点。SaC函数由一系列定义和重新定义数组对象的语句组成。对C程序员来说，这看