如果我来发明编程语言

雨乐雨欣

原标题：如果我来发明编程语言

【CSDN 编者按】对于 CPU 各人都不生疏，但对于与CPU的交换语言的改变是否都很相识呢。从令人摸不着头脑的 0 与 1 组合的语言到现在丰富多彩的高级语言，这此中又履历了怎样的进程呢？

作者 | 码农的荒岛求生责编 | 欧阳姝黎

智慧的人类发现把简朴的开关组合起来可以表达复杂的 bool 逻辑，在此底子之上构建了 CPU ，因此 CPU 只能简朴的明白开关，用数字表达就是0和1。

创世纪：智慧的笨伯

CPU 相称原始，就像单细胞生物一样，只能把数据从一个地方搬到另一个地方、简朴的加一下，没有任何高难度动作，这些操纵固然看上去很简朴很笨，但 CPU 有一个无与伦比的上风，那就是一个字：快，这是人类比不了了的， CPU 出现后人类开始拥有第二个大脑。

就是如许原始的一个物种开始支配起另一个叫做步伐员的物种。

干活的是大爷

一样平常来说两个差别的物种要想交换，好比人和鸟，就会有两种方式：要不就是鸟说人话，让人听懂；要不就是人说鸟语，让鸟听懂；就看谁锋利了。

最开始 CPU 胜出，步伐员开始说鸟语并认真感受 CPU 的支配职位，好让 CPU 大爷可以工作，感受一下最开始的步伐员是怎么说鸟语的：

睁开全文

步伐员按照 CPU 的旨意直接用 0和 1 编写指令，你没有看错，这破玩意就是代码了，就是这么原生态，然后放到打孔纸带上输入给 CPU，CPU 开始工作，这时的步伐可真的是看得见摸得着，就是有点浪费纸。

这时步伐员必须站在 CPU 的角度来写代码，画风是如许的：

1101101010011010100100110010100111001000110111101011101101010010

乍一看你知道这是什么意思吗？你不知道，心想：“这是什么破玩意？”，但 CPU 知道，心想“这就简直就是天下上最美的语言”。

天降大任

终于有一天步伐员受够了说鸟语，好歹也是灵长类，叽叽喳喳说鸟语太没体面，你被委以重任：让步伐员说人话。

你没有苦其心志劳其筋骨，而是细致研究了一下 CPU，发现 CPU 实行的指令集来往返回就那么几个指令，好比加法指令、跳转指令等等，因此你把呆板指令和对应的详细操纵做了一个简朴的映射， 把呆板指令映射到人类能看懂的单词，如许上面的01串就酿成了：

sub $8, %rspmov$.LC0, %edicallputsmov $0, %eax

如许，步伐员不必生硬的记着 1011.....，而是记着人类可以熟悉的 ADD SUB MUL DIV 等如许的单词即可。

汇编语言就如许诞生了， 编程语言中初次出现了人类可以熟悉的东西。

这时步伐员终于不消再“叽叽喳喳。。”，而是升级为“阿巴阿巴。。”，固然人类认知“阿巴阿巴”这几个字，但这和人类的语言在情势上差异照旧有点大。

细节 VS 抽象

只管汇编语言已经有人类可以熟悉的单词，但汇编语言和呆板语言一样都属于低级语言。

所谓低级语言是说你必要 关心全部细节。

关心什么细节呢？我们说过，CPU 黑白常原始的东西，只知道把数据从一个地方搬到另一个地方，简朴的操纵一下再从一个地方搬到另一地方。

因此，假如你想用低级语言来编程的话， 你必要利用多个“把数据从一个地方搬到另一个地方，简朴的操纵一下再从一个地方搬到另一地方”如许的简朴指令来实现诸如排序如许复杂的题目。

有的同砚大概对此感触不深，这就比如，原来你想表达“去给我端杯水过来”：

假如你用汇编这种低级语言就得如许实现：

我想你已经 Get 到了。

补充差别

CPU 着实太简朴了，简朴到不能了明白任何轻微抽象一点诸如“给我端杯水”如许的东西，但人类天生风俗抽象化的表达，人类和呆板的差距有办法来补充吗？

换句话说就是 有没有一种办法可以主动把人类抽象的表达转为 CPU 可以明白的详细实现，这显然可以极大加强步伐员的生产力，如今，这个题目必要你来办理。

套路，都是套路

思来想去你都不知道该怎么把人类的抽象主动转为 CPU 能明白的详细实现，就在要放弃的时间你又看了一眼 CPU 可以明白的一堆细节：

电光火石之间灵光乍现，你发现了满满的套路，大概说模式。

大部门环境下 CPU 实行的指令平铺直叙的，就像如许：

这些都是告诉 CPU 完成某个特定动作，你给这些平铺直叙的指令起了个名字，姑且就叫报告句吧，statement。

除此之外，你还发现了如许的套路，那就是必要根据某种特定状态决定走哪段指令，这个套路在人看来就是“假如。。。就。。。否则。。就。。。”：

if*** blablablaelse*** blablabla

在某些环境下还必要不停重复一些指令，这个套路看起来就是原地打转：

while*** blablabla

末了就是这里有许多看起来差不多的指令，就像这里：

这些指令是重复的，只是个别细节有所差别，把这些差别提取出来，剩下的指令打包到一起，用一个代号来指定这些指令就好了，这要有个名字，就叫函数吧：

funcabc: blablabla

如今你发现了全部套路：

// 条件转移if*** blablablaelse*** blablabla

// 循环while*** blablabla

// 函数funcabc: blablabla

这些相比汇编语言已经有了质的飞跃，由于这已经和人类的语言非常靠近了。

接下来你发现本身面对两个题目：

这里的blablabla该是什么呢？

该怎样把上面的人类可以熟悉的字符串转换为 CPU 可以熟悉的呆板指令

盗梦空间

你想起来了，上文说过大部门代码都是平铺直叙的报告句，statement，这里的blablabla 仅仅就是一堆报告句吗？

显然不是，blablabla 可以是报告句，固然也可以是条件转移if else，也可以是循环while，也可以是调用函数，如许才公道。

固然如许公道，很快你就发现了另一个严峻的题目：

blabalbla 中可以包罗 if else 等语句 ，而 if else 等语句中又可以包罗 blablabla，blablabla 中反过来又双大概会包罗 if else 等语句，if else 等语句又双叒有大概会包罗 blablabla，blablabla 又双叒叕大概会包罗 if else 等语句。。。

就像盗梦空间一样，一层梦中另有一层梦，梦中之梦，梦中之梦中之梦。。。一层嵌套一层，子子孙孙无穷匮也。。。

此时你已经显着感觉脑细胞不敷用了，这也太复杂了吧，绝望开始吞噬你，天主以及老天爷啊，谁来救救我！

此时你的高中老师过来拍了拍你的肩膀，递给了你一本高中数学讲义，你大发雷霆，给我这破玩意干什么，我如今想的题目这么高深，岂是一本破高中数学能办理的了的，抓过来一把扔在了地上。

此时一阵妖风吹过，课本停顿在了如许一页，上面有如许一个数列表达：

f(x) = f(x-1) + f(x-2)

这个递归公式在表达什么呢？f(x)的值依靠f(x-1)，f(x-1)的值又依靠f(x-2)，f(x-2)的值又依靠。。。

一层嵌套一层，梦中之梦，if中嵌套 statement，statement 又可以嵌套if。。。

等一下，这不就是递归嘛， 上面看似无穷无尽的嵌套也可以用递归表达啊！

你的数学老师仰天大笑，too young too simple，留下羞愧的你佛手而去，看似高科技的东西竟然用高中数学就办理了，一时震动的目瞪狗呆不知所措无地自容。

有了递归这个概念加持，智慧的智商又开始霸占高地了。

递归：代码的本质

不就是嵌套嘛，一层套一层嘛，递归天生就是来表达这玩意的 (提示：这里的表达并不完备，真实的编程语言不会这么简朴)：

if: ifboolstatement elsestatement for: whileboolstatement statement: if| for| statement

上面一层嵌套一层的盗梦空间原来可以这么简便的几句表达出来啊，你给这几句表达起了高端的名字， 语法。

数学，就是可以让统统都变得这么优雅。

天下上全部的代码，不管有多么复杂终极都可以归结到语法上，缘故原由也很简朴，全部的代码都是按照语法的情势写出来的嘛。

至此，你发明白真正的人类可以熟悉的编程语言。

之条件到的第一个题目办理了，但仅仅有语言照旧不敷的。

让盘算机明白递归

如今还差一个题目，怎样才气把这语言终极转化为 CPU 可以熟悉的呆板指令呢？

人类可以按照语法写出代码，这些代码实在就是一串字符，怎么让盘算机也能熟悉用递归语法表达的一串字符呢？

这是一项事关人类运气的事变，你不禁感到责任庞大，但这末了一步又看似困难重重，你不禁仰天长叹，盘算机可太难了。

此时你的初中老师过来拍了拍你的肩膀，递给了你一本初中植物学讲义，你大发雷霆，给我这破玩意干什么，我如今想的题目这么高深，岂是一本破初中教科书能办理的了的，抓过来一把扔在了地上。

此时又一阵妖风挂过，书被翻到了先容树的一章，你望着这一页不禁发起呆来：

树干下面是树枝，树枝下是树叶，树枝下也可以是树枝，树枝下还可以是树枝、吃葡萄不吐葡萄皮，不吃葡萄倒吐葡萄皮，哎？这句不对，回到上面这句，树干生树枝，树枝还可以生树枝，一层套一层、梦中之梦、子子孙孙无穷匮、高中数学老师，等一下，这也是递归啊 ！！！我们可以把根据递归语法写出来的的代码用树来表现啊！

你的初中老师仰天大笑，图样图森破，看似高科技的东西竟然靠初中知识就办理了。

良好的翻译官

盘算机处置惩罚编程语言时可以按照递归界说把代码用树的情势构造起来，由于这棵树是按照语法天生的，姑且就叫语法树吧。

如今代码被表现成了树的情势，你细致观察后发现，实在叶子节点的表达黑白常简朴的，可以很简朴的翻译成对应的呆板指令，只要叶子节点翻译成了呆板指令， 你就可以把此效果应用到叶子节点的父节点，父节点又可以把翻译效果引用到父节点的父节点，一层层向上通报，终极整颗树都可以翻译成详细的呆板指令。

完成这个工作的步伐也要有个名字，根据“弄不懂原则”，你给这个雷同翻译的步伐起了个不怎么响亮的名字，编译器，compiler。

如今你还以为二叉树之类的数据布局没啥用吗？

至此，你完成了一项了不得的发明创造，步伐员可以用人类熟悉的东西来写代码，你编写的一个叫做编译器的步伐负责将其翻译成 CPU 可以熟悉的呆板指令。

后人根据你的头脑构建出了C/C++、以及后续的Java、Python，这些语言如今另有一帮人在用呢。

总结

天下上全部的编程语言都是依照特定语法来编写的，编译器根据该语言的语法将代码剖析成语法树，遍历语法树天生呆板指令(C/C++)大概字节码等(Java)，然后交给 CPU(大概假造机)来实行。

也因此，高级语言的抽象表达本领很强，代价都是捐躯了对底层的控制本领，这就是为什么操纵体系的一部门必要利用汇编语言编写，汇编语言对底层细节的强盛控制力是高级语言替换不了的。

末了请留意，本文为普通易懂解说编程语言捐躯了严谨性，这里的语法没有表现函数、表达式等等，真实语言的语法远远比这里的复杂，别的关于编译器也不会直接把语法树翻译成呆板语言，而是天生一种雷同呆板指令的中心语言，颠末一系列复杂的优化后终极天生真正的呆板指令，真实的编译器远比这里复杂。

盼望本文对各人明白编程语言有所资助。

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