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  • 程序设计语言简介 1.程序设计语言分类 1. 机器语言(machine language) 一种二进制语言,直接使用二进制代码表达指令,是计算机硬件可以直接识别和执行的程序设计语言,例如执行数字2和3的加法,16位计算机上的指令...

    程序设计语言简介

    1.程序设计语言分类

    1. 机器语言(machine language)

    一种二进制语言,直接使用二进制代码表达指令,是计算机硬件可以直接识别和执行的程序设计语言,例如执行数字2和3的加法,16位计算机上的指令为:11010010 00111011(对,就是这样枯燥的0与1的数据流录入),其最大的优点就是可以直接对芯片进行指令操作,其最大的问题也来源于此,不同计算机结构的机器指令不同,换一套硬件设备机器语言几乎都会卡壳,并且指令难以记忆。

    2.汇编语言(assembly language)

    直接使用机器语言编写程序十分不便,并且二进制代码编写的程序可读性极差,难以修改,因此,汇编语言使用助记符与机器语言中的指令进行一一对应,例如执行数字2和3的加法,汇编语言指令为add 2,3 result,结果存放在result中。值得一提,机器语言和汇编语言都是直接操作计算机硬件。

    3.高级语言(High-level programming language)

    高级语言与低级语言的区别时,高级语言是更加接近于自然语言的一种计算机程序设计语言,例如执行数字2和3的加法,result=2+3,这个代码只与编程语言相关,与计算机的结构无关,同一种编程语言在不同计算机上的表达方式是一致的。
    高级语言按程序的执行方式可分为编译型和解释型

    3.1 编译型(C,C++…)

    编译型语言是指使用专门的编译器,针对特定的操作系统将某种高级语言源代码一次性转换成可被该操作系统硬件执行的机器码(该过程叫编译,Compile),并包装成该操作系统所能识别的可执行程序的格式(编译和执行可以分开)。该可执行的程序可以脱离开发环境在该操作系统上运行(因为编译型语言是一次性完成编译所以可以脱离开发环境运行,因为被编译成为特定平台的机器码所以跨平台不便,至少需要相关平台的编译器重新编译,但是效率高)

    3.2 解释型(Python…)

    指使用专门的编译器将某种高级语言逐行解释成特定平台(操作系统)的机器码并立即执行,可以认为,每次执行解释型语言的程序都需要进行一次编译,因此效率较低且不能脱离解释器(Interpreter),但是跨平台容易,只需要提供每个平台的解释器即可

    2.编程语言时代

    1.机器语言时代

    (20世纪50年代~20世纪70年代)对应机器语言和汇编语言

    2.高级语言时代

    (20世纪70年代~现在)对应高级语言,高级语言时代,随着C++,Java,Python等工业级语言的诞生和发展,使计算机行业得到极大的发展,推动了互联网和人工智能的发展

    3.自然语言时代

    用人类语言驱动计算机,面向思维或者模糊语义(人类语言具有不严密和模糊的特点)的编程方式,软件生产是思考问题本身的存在性和合理性,而不定义问题的解决方式和解决步骤。无数的科学家在为此努力,这看似模糊的美好未来,定会随着AI技术的不断进步而实现。

    参考文献
    [1]: 杨冠宝,高海慧. 码出高效Java开发手册 [M].北京:电子工业出版社 2018
    [2]: 李刚. 疯狂Java讲义 [M].北京:电子工业出版社 2018
    [3]: 崇天,礼欣,黄天羽.Python语言程序设计基础 [M].北京:高等教育出版社 2017

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  • 学习一两门计算机编程语言也如当初学习英文一样的火热,随着人工智能AI和云计算的不断发展,Python语言和Scala语言已经成为这两个领域里面最为火热的编程语言了,可以预知未来学习计算机编程语言的人也一样会如同...

    在如今信息发达的时代,科技日新月异,计算机和Internet网络的发展也成为人们日常生活的重要部分。学习一两门计算机编程语言也如当初学习英文一样的火热,随着人工智能AI和云计算的不断发展,Python语言和Scala语言已经成为这两个领域里面最为火热的编程语言了,可以预知未来学习计算机编程语言的人也一样会如同学习英文一样的成为一种新常态,并且成为一种稳定的常态。以下笔者将以自己的学习认知,简单的阐述一下计算机编程语言的发展。

    计算机语言发展的三个阶段:机器语言、汇编语言与高级语言

    编程语言简介

    计算机语言,英文名Computer Language,或者Programming Language,指的是人与计算机进行交互的一种语言,就如我们学习外语一样的,只是一种形式工具,主要与计算机交流的是我们的思想,将我们自己的思想以计算机能识别的语言赋予他,就形成了程序。

    而实现我们的思想的一系列的问题的就是向计算机发送指令,对于通信的双方而言,指令的格式,组成字符,数字数据,语法等一系列的标准就很重要了,而我们学习的就是这一系列的标准,从而能将自己的思想赋予计算机,让计算机能智能化、自动化的为我们服务。随着这一思想的不断演化发展,就逐步形成了一种新的语言,即就是计算机语言!

    1946年,于宾夕法尼亚大学,莫克利(JohnW.Mauchly)和艾克特(J.PresperEckert)发明了世界上第一台通用计算机,命名为“ENIAC”。那时候程序员必须手动控制计算机,当时唯一想到利用程序设计语言来解决问题的人是德国工程师楚泽(konradzuse)。

    计算机语言发展简史

    计算机是一系列的硬件构成的能完成强大功能的一个结合体,他唯一能够识别的就是逻辑运算,即0和1,所以最初的计算机交互语言是以二进制的机器语言,由于太难理解与记忆,人们就定义了一系列的助记符帮助理解与记忆,就逐渐产生了汇编语言,但是汇编还是不好理解与记忆,就逐渐发展了高级语言。随着C、Fortran等结构化高级语言的诞生,使程序员可以离开机器层次,通过更加抽象的层次来表达自己的思想,同时也诞生的三种重要控制结构,即就是顺序结构、选择结构、循环结构,以及一些基本数据类型都能够很好的让程序员以接近问题本质的方式去描述、抽象问题。但随着需要处理的问题规模的不断扩大,一般的程序设计模型无法克服错误随着代码的扩大而级数般的扩大,这个时候就出现了一种新的思考程序设计方式和程序设计模型,即就是面向对象程序设计,同时也诞生了一批支持这种设计模型的计算机语言,例如C++、Java、Python等。

    简而言之,计算机语言从最初的机器语言(二进制),发展到使用助记符的汇编语言,再到更易理解的高级语言,包括C、C++、Java、C#、Python等等。计算机程序的设计模型从结构化的编程,再到面向对象的编程。当然计算机只能识别二进制语言,那么很明显在其他计算机语言与机器语言之间就有着一个桥梁,起着翻译一样的功能,使得通信双方能够交流,而这个翻译官就是编译器。而由于编译的原理不一样,我们将计算机语言分为编译性语言(例如C、C++)和解释性语言(Shell、Python)。

    第一代计算机编程语言

    第一代的计算机语言就是机器语言,即就是0\1组成的代码,人们通过0\1与计算机进行交互与数据交换,这样的编程实在是太难,对于大多数人来说都是十分的困难的,随着其时间的发展,就逐步演化了第二代计算机语言。不过这是计算机的基础,因为计算机硬件只能识别0\1的二进制,无论后面的计算机语言如何发展,最总在计算机内能够执行的只能是0\1的二进制编码,故而后面所有的计算机语言都需要一个翻译的东西,将其翻译为二进制的编码执行,这个起着翻译官作用的就是编译器!

    第二代计算机编程语言

    由于第一代计算机语言的学习难度系数极高,就发展出使用一些助记符来帮助人们编程,这就是第二代编程语言——汇编语言,使人们与计算机进行交流沟通时便捷一些,人们学习编程起来也比较容易,这种使用英文助记符来帮助人们进行编程,再由编译器翻译为0\1的代码,这样计算机就能识别了。但是随着信息技术的不断发展,汇编语言已经不能够满足大部分人们的需求,就催生了第三代计算机编程语言。

    第三代计算机编程语言

    所谓的第三代计算机编程语言,就是大家经常熟知的一些编程语言。而对于计算机高级语言的发展分为两个阶段,以 1980 年为分界线,前一阶段属于结构化语言或者称为面向过程的语言,后一阶段属于面向对象的语言。

    然而对于什么叫面向过程,什么叫面向对象?这是很难解释的一个问题,故而暂时不需要深入理解,简单来说就是编程时的两种设计思想。

    面向过程语言中最经典、最重要的就是C语言。Fortran、Basic 和 Pascal 语言基本上已经很少有人使用了。但是C语言一直在用,因为C语言是计算机领域最重要的一门语言,其在liunx编程和嵌入式编程有极大的地位。但是C语言也有缺陷,它的缺陷只有在学完面向对象语言之后才能体会到。

    故而从 20 世纪 80 年代开始又产生了另外一种“以面向对象”为思想的语言,其中最重要、最复杂的就是 C++。C++ 从易用性和安全性两个方面对C语言进行了升级。C++ 是一种较复杂、难学的语言,但是一旦学会了则非常有用。因为 C++ 太复杂,所以后来就对 C++ 进行了改装,产生了两种语言,一个是 Java,另一个是 C#。Java 语言是现在最流行的语言之一。C# 则是微软公司看 Java 很流行而写的一个与 Java 语法相似的语言。因为 Java 和 C# 几乎是一模一样的,所以你只需要学习其中的一种语言就可以了。

    同时随着近年来的人工智能和云计算的火热发展,Python语言和Scala语言成为人工智能和云计算Hadoop框架的重要编程语言,逐渐成为时代的主流编程语言。在计算机的领域里,还有一些专用的计算机编程语言,不如网页设计的三要素:HTML、CSS和JavaScript ,这三者就是专用的计算机编程语言。

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  • 汇编语言高级编程语言区别与联系

    万次阅读 多人点赞 2018-11-21 15:06:13
    C语言是作为一个程序员来说,必须要掌握也是最基础的编程语言。...本文简述了编程语言的发展史,以及汇编语言高级编程语言的区别和联系。在对比中对编程语言有更深入的理解。 一、编程语言的发展历程 自从...

    C语言是作为一个程序员来说,必须要掌握也是最基础的编程语言。在编程语言发展的历史长河里,出现了各种各样的编程语言,他们由不同的人开发又在不同的领域得到发展,从而发展到现今编程语言领域的百花齐放百家争鸣。作为机器码之上的汇编语言无疑是每个软件工程师必须要了解的编程语言。本文简述了编程语言的发展史,以及汇编语言和高级编程语言的区别和联系。在对比中对编程语言有更深入的理解。

    一、编程语言的发展历程

    自从1946年世界上第一台电子计算机问世,人类和机器的交流方式和语言就成为了软件工程师和计算机从业者的主要研究方向,更有效更简便的编程语言成为了软件工程师的新宠儿,伴随着计算机的飞速发展,计算机的硬件升级速度也越来越快,对编程语言的要求也日益严格。在过去的几十年,编程语言有了长足的发展,至今已经有四代语言问世。大量的编程语言为了满足不同领域的编程要求和软件功能,经历了被修改,被取代,被发展等过程,最终发展成了现在编程语言的多样化。尽管人们多次试图寻找一个能够适应所有编程环境的通用语言,但是却没有一次成功。程序设计语言正在与现代科技日益飞跃,人类的智慧在日益彰显。

    1.机器语言

    计算机的硬件作为一种电路元件,它的输出和输入只能是有电或者没电,也就是所说的高电平和低电平,所以计算机传递的数据是由“0”和“1”组成的二进制数,所以说二进制的语言是计算机语言的本质。计算机发明之初,人们为了去控制计算机完成自己的任务或者项目,只能去编写“0”、“1”这样的二进制数字串去控制电脑,其实就是控制计算机硬件的高低电平或通路开路,这种语言就是机器语言。直观上看,机器语言十分晦涩难懂,其中的含义往往要通过查表或者手册才能理解,使用的时候非常痛苦,尤其当你需要修改已经完成的程序时,这种看起来无序的机器语言会让你无从下手,也很难找到程序的错误。而且,不同计算机的运行环境不同,指令方式操作方式也不尽相同,所以当你在这种机器语言就有了特定性,只能在特定的计算机上执行,而一旦换了机器就需要重新编程,这极大的降低了程序的使用和推广效率。但由于机器语言具有特定性,完美适配特定型号的计算机,故而运行效率远远高过其他语言。机器语言,也就是第一代编程语言。

    2.汇编语言

    通过我对机器语言的介绍,不难看出机器语言作为一种编程语言,灵活性较差可阅读性也很差,为了减轻机器语言带给软件工程师的不适应,人们对机器语言进行了升级和改进:用一些容易理解和记忆的字母,单词来代替一个特定的指令,比如:用“ADD”代表数字逻辑上的加减,“MOV”代表数据传递等等,通过这种方法,人们很容易去阅读已经完成的程序或者理解程序正在执行的功能,对现有程序的bug修复以及运营维护都变得更加简单方便,这种语言就是我们所说的汇编语言,即第二代计算机语言。但是这时候,计算机的硬件还是那些硬件,所以计算机还是不认识那些字母符号,这时候就需要一个专门的程序把这些字符变成计算机能够识别的二进制数。因为汇编语言只是将机器语言做了简单编译,所以并没有根本上解决机器语言的特定性,所以汇编语言和机器自身的编程环境息息相关,推广和移植很难,但是还是保持了机器语言优秀的执行效率,因为他的可阅读性和简便性,汇编语言到现在依然是常用的编程语言之一。

    3.高级语言

    在编程语言经历了机器语言,汇编语言等更新之后,人们发现了限制程序推广的关键因素――程序的可移植性。需要设计一个能够不依赖于计算机硬件,能够在不同机器上运行的程序。这样可以免去很多编程的重复过程,提高效率,同时这种语言又要接近于数学语言或人的自然语言。在计算机还很稀缺的50年代,�Q生了第一个高级编程语言。当时计算机的造价不菲,但是每天的计算量有有限,如何有效的利用计算机有限的计算能力成为了当时人们面对的问题。同时,因为资源的稀缺,计算机的运行效率也成为了那个年代工程师追寻的目标。为了更高效的使用计算机,人们设计出了高级编程语言,来满足人们对于高效简的编程语言的追求。用高级编程语言编写的程序需要经过翻译,翻译成机器所能识别的二进制数才能由计算机去执行。虽然,高级编程语言编写的程序需要一些时间去翻译代码,从而降低了计算机的执行效率,但是实践证明,高级编程语言为工程师带来的便利远远大于降低的执行效率。经过各软件工程师和专家的不懈努力,1954年,第一个完全意义的高级编程语言―FORTRAN问世了,他完全脱离了特定机器的局限性,是第一个通用性的编程语言。从第一个编程语言问世到现今,共有几百种高级编程语言出现,很多语言成为了编程语言发展道路上的里程碑,影响很大。比如:FORTRAN、BASIC、JAVA、C、C++、python等。高级编程语言也从早期的控制信号变成了现在的有结构有格式的程序编写工具,C++等语言的出现更是开启了面向对象编程语言的新章。同时伴随着软件编写效率的提高,软件开发也逐渐变成了有规模、有产业的商业项目。

    二、高级编程语言、汇编语言和机器语言的区别

    根据上面的简单介绍,我们可以说作为编程语言的一种划分,高级编程语言和低级语言构成了一般意义上的计算机语言。而高级编程语言又是和汇编语言对比而言。高级编程语言作为一种通用的编程语言,它的语言结构和计算机本身的硬件以及指令系统无关,它的可阅读性更强,能够方便的表达程序的功能,更好的描述使用的算法。同时,它更容易被初学者所掌握,很容易学习。而且容易学习掌握。但是高级编程语言因为是一种编译语言,所以他的运行速度比汇编程序要低,同时因为高级语言比较冗长,所以代码的执行速度也要慢一些。所以说汇编语言更适合编写一些需要高效率运行的程序或者对程序代码的长度又要求的程序,同时在直接控制硬件方面也能够起到很好的作用。   高级编程语言,作为用户层面的�程工具,用户并不需要去了解硬件的结构,而是去用逻辑的语言去实现想要的目标,但是因为高级编程语言的架构高于汇编,所以不能编写直接访问硬件资源的系统程序,因次,高级编程语言必须要调用汇编语言编写的程序来访问硬件地址。

    机器语言(machine language)就是一种指令集了,它是一串数据代码,也可以叫做机器码。他能够由硬件直接读取,同时硬件返回的数据也是这种二进制代码。机器语言是作为直接控制硬件的桥梁,连接这软件和硬件两个不同领域的技术。它是计算机的设计者通过计算机的硬件结构赋予计算机的操作功能。机器语言执行速度是上述语言中最快的,而且无需编译直接执行。用机器语言编写程序,编程人员不仅要对所有二进制数字所指代的指令烂熟于心,而且还要手动为程序分配存储空间以及输入和输入。所以这是一个十分复杂的过程,即使编写简单程序也好耗费大量的人力。而且不论是代码还是输出,全是“0”和“1”的数字串,在后期的阅读和维护也会非常困难,所以机器语言已经慢慢的推出了主流编程语言的领域。

    三、汇编语言和高级编程语言的优缺点

    1.汇编语言的优缺点

    汇编语言作为机器语言之上的第二代编程语言,它也有很多优点:

    1)可以轻松的读取存储器状态以及硬件I/O接口情况

    2)编写的代码因为少了很多编译的环节,可以能够准备的被执行

    3)作为一种低级语言,可扩展性很高

    缺点:

    1)因为代码非常单调,特殊指令字符很少,所以造成了代码的冗长已经编写的困难

    2)因为汇编仍然需要自己去调用存储器存储数据,很容易出现BUG而且调试起来也不容易

    3)就算完成了一个程序,后期维护时候也需要耗费大量的时间。

    4)因为机器的特殊性造成了代码兼容性差的缺陷。

    2.高级编程语言的优点

    因为高级编程语言很多,我们就拿C语言展开论述。C语言是一个面向过程的语言,用户根据自己的需求来调用函数或创建目标。因为明确的目标性以及理解容易,一个新手很容易去学习C语言。同时C语言因为发展的历史,拥有很多函数库,用户可以根据自身的需求在代码中加入头文件来调用这些函数来实现自己的功能,当然使用者也可以根据自己的喜好编写函数来在后续的代码中调用,关键字像if,else,return,main,end等这些简单易懂的单词也使得C语言记忆和理解起来更加容易。作为一个通用性很高的编程语言,C语言的可移植性是它出色的优点之一,你可以在任意一台电脑、一个设备上运行程序而不需要重新编译。

    四、对未来编程语言的展望

    通过上面的介绍,我们不难发现面向对象思想在编程设计中占有很重要的地位,同时现在编程语言的多元化也告诉我们,未来的语言发展不会是一枝独秀,也不会是单纯的语言发展,而是以完全面向对象的姿态你展现我们的现实世界。它将更容易被工程师学习和使用,人们完全可以通过简单的操作来完成复杂的编程。这就得出了未来语言发展的第一个趋势–面向对象,由计算机来提供现有的函数功能、封装结构。而工程师只需要去拿现成的函数来调用,大大提高了代码的利用率。同时简单性也成为未来追求的目标,如果一个有简单计算机知识的人只需学习一些基本的操作就能编写适合于各种情况的应用程序,这样创造和编写的成本将会大大降低。在互联网高速发展的今天,安全也将成为了代码编写中必不可少的因素,一个更安全更具有保密性的语言也是未来的需求。综上在这样一个“百花齐放百家争鸣”的编程语言环境,只有能真正给使用者带来便利的语言才会走的更远走的更好。
    文章来源于网络

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