高級(jí)編程語言和匯編語言的優(yōu)劣

摘 要 C語言是作為一個(gè)程序員來說，必須要掌握也是最基礎(chǔ)的編程語言。在編程語言發(fā)展的歷史長(zhǎng)河里，出現(xiàn)了各種各樣的編程語言，他們由不同的人開發(fā)又在不同的領(lǐng)域得到發(fā)展，從而發(fā)展到現(xiàn)今編程語言領(lǐng)域的百花齊放百家爭(zhēng)鳴。作為機(jī)器碼之上的匯編語言無疑是每個(gè)軟件工程師必須要了解的編程語言。本文簡(jiǎn)述了編程語言的發(fā)展史，以及匯編語言和高級(jí)編程語言的區(qū)別和聯(lián)系。在對(duì)比中對(duì)編程語言有更深入的理解。

【關(guān)鍵詞】匯編語言 高級(jí)編程語言 歷史 趨勢(shì)

1 編程語言的發(fā)展歷程

自從1946年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)問世，人類和機(jī)器的交流方式和語言就成為了軟件工程師和計(jì)算機(jī)從業(yè)者的主要研究方向，更有效更簡(jiǎn)便的編程語言成為了軟件工程師的新寵兒。伴隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的硬件升級(jí)速度也越來越快，對(duì)編程語言的要求也日益嚴(yán)格。在過去的幾十年，編程語言有了長(zhǎng)足的發(fā)展，至今已經(jīng)有四代語言問世。大量的編程語言為了滿足不同領(lǐng)域的編程要求和軟件功能，經(jīng)歷了被修改，被取代，被發(fā)展等過程，最終發(fā)展成了現(xiàn)在編程語言的多樣化。盡管人們多次試圖尋找一個(gè)能夠適應(yīng)所有編程環(huán)境的通用語言，但是卻沒有一次成功。程序設(shè)計(jì)語言正在與現(xiàn)代科技日益飛躍，人類的智慧在日益彰顯。

1.1 機(jī)器語言

計(jì)算機(jī)的硬件作為一種電路元件，它的輸出和輸入只能是有電或者沒電，也就是所說的高電平和低電平，所以計(jì)算機(jī)傳遞的數(shù)據(jù)是由“0”和“1”組成的二進(jìn)制數(shù)，所以說二進(jìn)制的語言是計(jì)算機(jī)語言的本質(zhì)。計(jì)算機(jī)發(fā)明之初，人們?yōu)榱巳タ刂朴?jì)算機(jī)完成自己的任務(wù)或者項(xiàng)目，只能去編寫“0”、“1”這樣的二進(jìn)制數(shù)字串去控制電腦，其實(shí)就是控制計(jì)算機(jī)硬件的高低電平或通路開路，這種語言就是機(jī)器語言。直觀上看，機(jī)器語言十分晦澀難懂，其中的含義往往要通過查表或者手冊(cè)才能理解，使用的時(shí)候非常痛苦，尤其當(dāng)你需要修改已經(jīng)完成的程序時(shí)，這種看起來無序的機(jī)器語言會(huì)讓你無從下手，也很難找到程序的錯(cuò)誤。而且，不同計(jì)算機(jī)的運(yùn)行環(huán)境不同，指令方式操作方式也不盡相同，所以這種機(jī)器語言就有了特定性，只能在特定的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，而一旦換了機(jī)器就需要重新編程，這極大的降低了程序的使用和推廣效率。但由于機(jī)器語言具有特定性，完美適配特定型號(hào)的計(jì)算機(jī)，故而運(yùn)行效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過其他語言。機(jī)器語言，也就是初代的編程語言。

1.2 匯編語言

通過我對(duì)機(jī)器語言的介紹，不難看出機(jī)器語言作為一種編程語言，靈活性較差可閱讀性也很差，為了減輕機(jī)器語言帶給軟件工程師的不適應(yīng)，人們對(duì)機(jī)器語言進(jìn)行了升級(jí)和改進(jìn)：用一些容易理解和記憶的字母，字段來代替一個(gè)具體的操作，比如：用“ADD”代表數(shù)字運(yùn)算中的加法運(yùn)算，“MOV”代表數(shù)據(jù)傳遞等等，通過這種方法，人們很容易去閱讀已經(jīng)完成的程序或者理解程序正在執(zhí)行的功能，對(duì)現(xiàn)有程序的bug修復(fù)以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)都變得更加簡(jiǎn)單方便，這種語言就是我們所說的匯編語言，即第二代計(jì)算機(jī)語言。但是這時(shí)候，計(jì)算機(jī)的硬件還是那些硬件，所以計(jì)算機(jī)還是不認(rèn)識(shí)那些字母符號(hào)，這時(shí)候就需要一個(gè)專門的程序把這些字符變成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)。因?yàn)閰R編語言只是將機(jī)器語言做了簡(jiǎn)單編譯，所以并沒有根本上解決機(jī)器語言的特定性，所以匯編語言和機(jī)器自身的編程環(huán)境息息相關(guān)，推廣和移植很難，但是還是保持了機(jī)器語言優(yōu)秀的執(zhí)行效率，因?yàn)樗目砷喿x性和簡(jiǎn)便性，匯編語言到現(xiàn)在依然是常用的編程語言之一。

1.3 高級(jí)語言

在編程語言經(jīng)歷了機(jī)器語言，匯編語言等更新之后，人們發(fā)現(xiàn)了限制程序推廣的關(guān)鍵因素——程序的可移植性。需要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠不依賴于計(jì)算機(jī)硬件，能夠在不同機(jī)器上運(yùn)行的程序。這樣可以免去很多編程的重復(fù)過程，提高效率，同時(shí)這種語言又要接近于數(shù)學(xué)語言或人的自然語言。在計(jì)算機(jī)還很稀缺的50年代，誕生了第一個(gè)高級(jí)編程語言。當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的造價(jià)不菲，但是每天的計(jì)算量有有限，如何有效的利用計(jì)算機(jī)有限的計(jì)算能力成為了當(dāng)時(shí)人們面對(duì)的問題。同時(shí)，因?yàn)橘Y源的稀缺，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行效率也成為了那個(gè)年代工程師追尋的目標(biāo)。為了更高效的使用計(jì)算機(jī)，人們?cè)O(shè)計(jì)出了高級(jí)編程語言，來滿足人們對(duì)于高效簡(jiǎn)的編程語言的追求。用高級(jí)編程語言編寫的程序需要經(jīng)過翻譯，翻譯成機(jī)器所能識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)才能由計(jì)算機(jī)去執(zhí)行。雖然，高級(jí)編程語言編寫的程序需要一些時(shí)間去翻譯代碼，從而降低了計(jì)算機(jī)的執(zhí)行效率，但是實(shí)踐證明，高級(jí)編程語言為工程師帶來的便利遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降低的執(zhí)行效率。經(jīng)過各軟件工程師和專家的不懈努力，1954年，第一個(gè)完全意義的高級(jí)編程語言—FORTRAN問世了，他完全脫離了特定機(jī)器的局限性，是第一個(gè)通用性的編程語言。從第一個(gè)編程語言問世到現(xiàn)今，共有幾百種高級(jí)編程語言出現(xiàn)，很多語言成為了編程語言發(fā)展道路上的里程碑，影響很大。比如：FORTRAN、BASIC、JAVA、C、C++、python等。高級(jí)編程語言也從早期的控制信號(hào)變成了現(xiàn)在的有結(jié)構(gòu)有格式的程序編寫工具，C++等語言的出現(xiàn)更是開啟了面向?qū)ο缶幊陶Z言的新章。同時(shí)伴隨著軟件編寫效率的提高，軟件開發(fā)也逐漸變成了有規(guī)模、有產(chǎn)業(yè)的商業(yè)項(xiàng)目。

2 高級(jí)編程語言、匯編語言和機(jī)器語言的區(qū)別

根據(jù)上面的簡(jiǎn)單介紹，我們可以說作為編程語言的一種劃分，高級(jí)編程語言和低級(jí)語言構(gòu)成了一般意義上的計(jì)算機(jī)語言。而高級(jí)編程語言又是和匯編語言對(duì)比而言。高級(jí)編程語言作為一種通用的編程語言，它的語言結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)本身的硬件以及指令系統(tǒng)無關(guān)，它的可閱讀性更強(qiáng)，能夠方便的表達(dá)程序的功能，更好的描述使用的算法。同時(shí)，它更容易被初學(xué)者所掌握，很容易學(xué)習(xí)。而且容易學(xué)習(xí)掌握。但是高級(jí)編程語言因?yàn)槭且环N編譯語言，所以他的運(yùn)行速度比匯編程序要低，同時(shí)因?yàn)楦呒?jí)語言比較冗長(zhǎng)，所以代碼的執(zhí)行速度也要慢一些。所以說匯編語言更適合編寫一些需要高效率運(yùn)行的程序或者對(duì)程序代碼的長(zhǎng)度又要求的程序，同時(shí)在直接控制硬件方面也能夠起到很好的作用。

高級(jí)編程語言，作為用戶層面的編程工具，用戶并不需要去了解硬件的結(jié)構(gòu)，而是去用邏輯的語言去實(shí)現(xiàn)想要的目標(biāo)，但是因?yàn)楦呒?jí)編程語言的架構(gòu)高于匯編，所以不能編寫直接訪問硬件資源的系統(tǒng)程序，因次，高級(jí)編程語言必須要調(diào)用匯編語言編寫的程序來訪問硬件地址。

機(jī)器語言（machine language）就是一種指令集了，它是一串?dāng)?shù)據(jù)代碼，也可以叫做機(jī)器碼。他能夠由硬件直接讀取，同時(shí)硬件返回的數(shù)據(jù)也是這種二進(jìn)制代碼。機(jī)器語言是作為直接控制硬件的橋梁，連接這軟件和硬件兩個(gè)不同領(lǐng)域的技術(shù)。它是計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)者通過計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)賦予計(jì)算機(jī)的操作功能。機(jī)器語言執(zhí)行速度是上述語言中最快的，而且無需編譯直接執(zhí)行。用機(jī)器語言編寫程序，編程人員不僅要對(duì)所有二進(jìn)制數(shù)字所指代的指令爛熟于心，而且還要手動(dòng)為程序分配存儲(chǔ)空間以及輸入和輸出。所以這是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，即使編寫簡(jiǎn)單程序也好耗費(fèi)大量的人力。而且不論是代碼還是輸出，全是“0”和“1”的數(shù)字串，在后期的閱讀和維護(hù)也會(huì)非常困難，所以機(jī)器語言已經(jīng)慢慢的退出了主流編程語言的領(lǐng)域。

3 匯編語言和高級(jí)編程語言的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 匯編語言的優(yōu)缺點(diǎn)

匯編語言作為機(jī)器語言之上的第二代編程語言，它也有很多優(yōu)點(diǎn)：

（1）可以輕松的讀取存儲(chǔ)器狀態(tài)以及硬件I/O接口情況

（2）編寫的代碼因?yàn)樯倭撕芏嗑幾g的環(huán)節(jié)，可以準(zhǔn)確的被執(zhí)行

（3）作為一種低級(jí)語言，可擴(kuò)展性很高

缺點(diǎn)：

（1）因?yàn)榇a非常單調(diào)，特殊指令字符很少，所以造成了代碼的冗長(zhǎng)以及編寫的困難

（2）因?yàn)閰R編仍然需要自己去調(diào)用存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，很容易出現(xiàn)BUG而且調(diào)試起來也不容易

（3）就算完成了一個(gè)程序，后期維護(hù)時(shí)候也需要耗費(fèi)大量的時(shí)間。

（4）因?yàn)闄C(jī)器的特殊性造成了代碼兼容性差的缺陷。

3.2 高級(jí)編程語言的優(yōu)點(diǎn)

因?yàn)楦呒?jí)編程語言很多，我們就拿C語言展開論述。C語言是一個(gè)面向過程的語言，用戶根據(jù)自己的需求來調(diào)用函數(shù)或創(chuàng)建目標(biāo)。因?yàn)槊鞔_的目標(biāo)性以及理解容易，一個(gè)新手很容易去學(xué)習(xí)C語言。同時(shí)C語言因?yàn)榘l(fā)展的歷史，擁有很多函數(shù)庫(kù)，用戶可以根據(jù)自身的需求在代碼中加入頭文件來調(diào)用這些函數(shù)來實(shí)現(xiàn)自己的功能，當(dāng)然使用者也可以根據(jù)自己的喜好編寫函數(shù)在后續(xù)的代碼中調(diào)用，關(guān)鍵字像if，else，return，main，end等這些簡(jiǎn)單易懂的單詞也使得C語言記憶和理解起來更加容易。作為一個(gè)通用性很高的編程語言，C語言的可移植性是它出色的優(yōu)點(diǎn)之一，你可以在任意一臺(tái)電腦、一個(gè)設(shè)備上運(yùn)行程序而不需要重新編譯。

4 對(duì)未來編程語言的展望

通過上面的介紹，我們不難發(fā)現(xiàn)面向?qū)ο笏枷朐诰幊淘O(shè)計(jì)中占有很重要的地位，同時(shí)現(xiàn)在編程語言的多元化也告訴我們，未來的語言發(fā)展不會(huì)是一枝獨(dú)秀，也不會(huì)是單純的語言發(fā)展，而是以完全面向?qū)ο蟮淖藨B(tài)展現(xiàn)在我們的現(xiàn)實(shí)世界。它將更容易被工程師學(xué)習(xí)和使用，人們完全可以通過簡(jiǎn)單的操作來完成復(fù)雜的編程。這就得出了未來語言發(fā)展的第一個(gè)趨勢(shì)--面向?qū)ο?，由?jì)算機(jī)來提供現(xiàn)有的函數(shù)功能、封裝結(jié)構(gòu)。而工程師只需要去拿現(xiàn)成的函數(shù)來調(diào)用，大大提高了代碼的利用率。同時(shí)簡(jiǎn)單性也成為未來追求的目標(biāo)，如果一個(gè)有簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)知識(shí)的人只需學(xué)習(xí)一些基本的操作就能編寫適合于各種情況的應(yīng)用程序，這樣創(chuàng)造和編寫的成本將會(huì)大大降低。在互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的今天，安全也將成為了代碼編寫中必不可少的因素，一個(gè)更安全更具有保密性的語言也是未來的需求。綜上在這樣一個(gè)“百花齊放，百家爭(zhēng)鳴”的編程語言環(huán)境，只有能真正給使用者帶來便利的語言才會(huì)走的更遠(yuǎn)走的更好。

參考文獻(xiàn)

[1]張祎蕊.C++教學(xué)方法及學(xué)習(xí)方法的調(diào)研與分析[J].計(jì)算機(jī)教育，2012（23）.

[2]王文東，李竹林，尚建人.匯編語言與C語言的混合程序設(shè)計(jì)技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)發(fā)展，2015.

[3]路士兵.淺談?dòng)?jì)算機(jī)匯編語言的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014（20）.

[4]曲瑞超.學(xué)習(xí)匯編語言的重要性[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011.

作者簡(jiǎn)介

陳雨昕（2000-），女，浙江省嘉興市。就讀嘉興市第一中學(xué)。

作者單位

嘉興市第一中學(xué) 浙江省嘉興市 314001