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编程语言的发展

从机器语言到高级语言

编程语言与汉语、英语一样,都是事物之间沟通的介质,不同之处在于人类语言是人与人之间沟通的介质,而编程语言则是人与与机器之间沟通的介质。最早的编程语言是在计算机发明之前产生的。当时是用来控制提花织布机及自动演奏钢琴的动作,后来在计算机领域得到广泛的应用。编程语言的发展经历了从机器语言到汇编语言再到高级语言的过程。

  • 机器语言

计算机工作基于二进制,从根本上说,计算机只能识别和接受0和1组成的指令(因为计算机只能识别高低电平),机器语言正是使用这种指令进行编程,比如用1011011000000000让计算机进行一次加法运算,但这种直接使用数字的编程方式晦涩难懂,不便记忆。人们就想到将英文字母和一些特殊字符绑定为固定的二进制位,人们负责写标识符,然后找个“人”来负责翻译成机器语言,再让计算机去运行,这个“人”,我们称为——编译器。

  • 汇编语言

我们写标识符,编译器去翻译成机器语言执行,这种编程方式就是汇编语言,这种方式会容易记忆,减轻了工作量等,但无论是机器语言还是汇编语言的本质都是直接对硬件进行操作,这造成了二者过度依赖具体的硬件特性,或者说更加‘贴近’硬件,好处是运行效率非常高,但缺点是需要程序员了解更多关于硬件的操作以及计算机底层的相关知识,学习成本高,编写难度大。

  • 高级语言

编程语言的进化总是不断趋向于编写简单,阅读方便,于是出现了高级语言,高级语言的特点是封装程度更高,“高级”指的是离硬件“距离”较远,并且采用英文单词表示所有语句及指令,用更贴近人类的数学运算过程来描述程序中的运算过程,这使得程序员可以以一种更贴近人类语言的方式进行编程。如使用高级语言Python计算5*2+1并输出结果,就像我们在写数学计算题一样简单:

>>> print(5 * 2 + 1)
>>> 11

高级语言的分类

高级语言经过发展,有了成千上万的分支,并且各有特点,甚至一个语言呈现出多种特点。但一般的,我们可以分为下面几种类型。

  • 编译型语言

我们先看看编译型,其实它和汇编语言是一样的:也是有一个负责翻译的程序来对我们的源代码进行转换,生成相对应的可执行代码。这个过程说得专业一点,就称为编译(Compile),而负责编译的程序自然就称为编译器(Compiler)。如果我们写的程序代码都包含在一个源文件中,那么通常编译之后就会直接生成一个可执行文件,我们就可以直接运行了。但对于一个比较复杂的项目,为了方便管理,我们通常把代码分散在各个源文件中,作为不同的模块来组织。这时编译各个文件时就会生成目标文件(Object file)而不是前面说的可执行文件。一般一个源文件的编译都会对应一个目标文件。这些目标文件里的内容基本上已经是可执行代码了,但由于只是整个项目的一部分,所以我们还不能直接运行。待所有的源文件的编译都大功告成,我们就可以最后把这些半成品的目标文件“打包”成一个可执行文件了,这个工作由另一个程序负责完成,由于此过程好像是把包含可执行代码的目标文件连接装配起来,所以又称为链接(Link),而负责链接的程序就叫……就叫链接程序(Linker)。链接程序除了链接目标文件外,可能还有各种资源,像图标文件啊、声音文件啊什么的,还要负责去除目标文件之间的冗余重复代码,等等,所以……也是挺累的。链接完成之后,一般就可以得到我们想要的可执行文件了。

  • 解释型语言

从字面上看,“编译”和“解释”的确都有“翻译”的意思,它们的区别则在于翻译的时机安排不大一样。打个比方:假如你打算阅读一本外文书,而你不知道这门外语,那么你可以找一名翻译,给他足够的时间让他从头到尾把整本书翻译好,然后把书的母语版交给你阅读;或者,你也立刻让这名翻译辅助你阅读,让他一句一句给你翻译,如果你想往回看某个章节,他也得重新给你翻译。

两种方式,前者就相当于我们刚才所说的编译型:一次把所有的代码转换成机器语言,然后写成可执行文件;而后者就相当于我们要说的解释型:在程序运行的前一刻,还只有源程序而没有可执行程序;而程序每执行到源程序的某一条指令,则会有一个称之为解释程序的外壳程序将源代码转换成二进制代码以供执行,总言之,就是不断地解释、执行、解释、执行……所以,解释型程序是离不开解释程序的。像早期的BASIC就是一门经典的解释型语言,要执行BASIC程序,就得进入BASIC环境,然后才能加载程序源文件、运行。解释型程序中,由于程序总是以源代码的形式出现,因此只要有相应的解释器,移植几乎不成问题。编译型程序虽然源代码也可以移植,但前提是必须针对不同的系统分别进行编译,对于复杂的工程来说,的确是一件不小的时间消耗,况且很可能一些细节的地方还是要修改源代码。而且,解释型程序省却了编译的步骤,修改调试也非常方便,编辑完毕之后即可立即运行,不必像编译型程序一样每次进行小小改动都要耐心等待漫长的Compiling…Linking…这样的编译链接过程。不过凡事有利有弊,由于解释型程序是将编译的过程放到执行过程中,这就决定了解释型程序注定要比编译型慢上一大截,像几百倍的速度差距也是不足为奇的。

编译型与解释型,两者各有利弊。前者由于程序执行速度快,同等条件下对系统要求较低,因此像开发操作系统、大型应用程序、数据库系统等时都采用它,像C/C++、Pascal/Object Pascal(Delphi)、VB等基本都可视为编译语言,而一些网页脚本、服务器脚本及辅助开发接口这样的对速度要求不高、对不同系统平台间的兼容性有一定要求的程序则通常使用解释性语言,如Java、JavaScript、VBScript、Perl、Python等等。

但既然编译型与解释型各有优缺点又相互对立,所以一批新兴的语言都有把两者折衷起来的趋势,例如Java语言虽然比较接近解释型语言的特征,但在执行之前已经预先进行一次预编译,生成的代码是介于机器码和Java源代码之间的中介代码,运行的时候则由JVM(Java的虚拟机平台,可视为解释器)解释执行。它既保留了源代码的高抽象、可移植的特点,又已经完成了对源代码的大部分预编译工作,所以执行起来比“纯解释型”程序要快许多。而像VB6(或者以前版本)、C#这样的语言,虽然表面上看生成的是.exe可执行程序文件,但VB6编译之后实际生成的也是一种中介码,只不过编译器在前面安插了一段自动调用某个外部解释器的代码(该解释程序独立于用户编写的程序,存放于系统的某个DLL文件中,所有以VB6编译生成的可执行程序都要用到它),以解释执行实际的程序体。C#(以及其它.net的语言编译器)则是生成.net目标代码,实际执行时则由.net解释系统(就像JVM一样,也是一个虚拟机平台)进行执行。当然.net目标代码已经相当“低级”,比较接近机器语言了,所以仍将其视为编译语言,而且其可移植程度也没有Java号称的这么强大,Java号称是“一次编译,到处执行”,而.net则是“一次编码,到处编译”。呵呵,当然这些都是题外话了。总之,随着设计技术与硬件的不断发展,编译型与解释型两种方式的界限正在不断变得模糊。

  • 动态语言

动态类型语言:动态类型语言是指在运行期间才去做数据类型检查的语言,也就是说,在用动态类型的语言编程时,永远也不用给任何变量指定数据类型,该语言会在你第一次赋值给变量时,在内部将数据类型记录下来。Python和Ruby就是一种典型的动态类型语言,其他的各种脚本语言如VBScript也多少属于动态类型语言。

  • 静态语言

静态类型语言:静态类型语言与动态类型语言刚好相反,它的数据类型是在编译其间检查的,也就是说在写程序时要声明所有变量的数据类型,C/C++是静态类型语言的典型代表,其他的静态类型语言还有C#、JAVA等。

  • 强类型定义语言

强类型定义语言:强制数据类型定义的语言。也就是说,一旦一个变量被指定了某个数据类型,如果不经过强制转换,那么它就永远是这个数据类型了。举个例子:如果你定义了一个整型变量a,那么程序根本不可能将a当作字符串类型处理。强类型定义语言是类型安全的语言。

  • 弱类型定义语言

弱类型定义语言:数据类型可以被忽略的语言。它与强类型定义语言相反, 一个变量可以赋不同数据类型的值。强类型定义语言在速度上可能略逊色于弱类型定义语言,但是强类型定义语言带来的严谨性能够有效的避免许多错误。另外,“这门语言是不是动态语言”与“这门语言是否类型安全”之间是完全没有联系的!
例如:Python是动态语言,是强类型定义语言(类型安全的语言); VBScript是动态语言,是弱类型定义语言(类型不安全的语言); JAVA是静态语言,是强类型定义语言(类型安全的语言)。


如有问题,还望指正,that's all
posted @ 2019-02-28 09:06  听雨危楼  阅读(339)  评论(0编辑  收藏  举报