编程知识科普--(2)什么是计算机编程中的低级语言和高级语言

我们常常听到高级语言,低级语言等等,但是只是一知半解,比如Java和C等等是高级语言,而汇编是低级语言,那么他们之间的区别是什么呢,我从网上总结了一些观点,有助于大家的理解,有不足和错误之处可以在公众号里留言,我会及时回复!

计算机语言的发展史:

最初的计算机程序都是用0和1的序列表示的，程序员直接使用的是机器指令，无需翻译，从纸带打孔输入即可执行得到结果。后来为了方便记忆，就将用0、1序列表示的机器指令都用符号助记，这些与机器指令一一对应的助记符就成了汇编指令，从而诞生了汇编语言。无论是机器指令还是汇编指令都是面向机器的，统称为低级语言。因为是针对特定机器的机器指令的助记符，所以汇编语言是无法独立于机器(特定的CPU体系结构)的。但汇编语言也是要经过翻译成机器指令才能执行的，所以也有将运行在一种机器上的汇编语言翻译成运行在另一种机器上的机器指令的方法，那就是交叉汇编技术。 高级语言是从人类的逻辑思维角度出发的计算机语言，抽象程度大大提高，需要经过编译成特定机器上的目标代码才能执行，一条高级语言的语句往往需要若干条机器指令来完成。高级语言独立于机器的特性是靠编译器为不同机器生成不同的目标代码(或机器指令)来实现的。那具体的说，要将高级语言编译到什么程度呢，这又跟编译的技术有关了，既可以编译成直接可执行的目标代码，也可以编译成一种中间表示，然后拿到不同的机器和系统上去执行，这种情况通常又需要支撑环境，比如解释器或虚拟机的支持，Java程序编译成bytecode，再由不同平台上的虚拟机执行就是很好的例子。所以，说高级语言不依赖于机器，是指在不同的机器或平台上高级语言的程序本身不变，而通过编译器编译得到的目标代码去适应不同的机器。从这个意义上来说，通过交叉汇编，一些汇编程序也可以获得不同机器之间的可移植性，但这种途径获得的移植性远远不如高级语言来的方便和实用性大。

高级语言和低级语言各自的特点：

高级语言：实现效率高，执行效率低，对硬件的可控性弱，目标代码大，可维护性好，可移植性好。

低级语言：实现效率低，执行效率高，对硬件的可控性强，目标代码小，可维护性差，可移植性差。

我们都知道CPU运行的是二进制指令，所有的语言编写的程序最终都要翻译成二进制代码，但是为什么实现会有以上众多差异呢？下面以C语言为高级语言代表，汇编语言为低级语言代表来解释一下。

越低级的语言，形式上越接近机器指令，汇编语言就是与机器指令一一对应的。而越高级的语言，一条语句对应的指令数越多，其中原因就是高级语言对底层操作进行了抽象和封装，使编写程序的过程更符合人类的思维习惯，并且极大了简化了人力劳动。也就是说你用高级语言写一句，会被转换成许多底层操作，大部分的工作交给了负责转换的机器（即编译器），从而人力得到了解放。因为机器就是用来为人类提供便利的，所以说高级语言的出现是计算机发展的必然结果。

下面重点解释为何低级语言的执行效率更高：

1.低级语言可以通过控制硬件访问来优化效率

越低级的语言月接近底层，即控制硬件访问的能力越强，对硬件资源的利用效率越高。比如说汇编语言能够访问寄存器，而C语言就做不到。通过对寄存器等硬件的访问，我们可以将程序的运行效率优化到最大，而像C这样的高级语言用的最多的是堆栈这样的内存结构，访问速度自然不如寄存器了。

2.高级语言程序存在工作冗余，有效率损失。

各种语言需要通过编译器翻译成机器码，不管编译多么智能和强大，都是会产生冗余。这里的冗余不是指指令的多少，而是有没有做没有必要的事情。 产生冗余的多少关键要看语言跟机器指令之间的耦合度。耦合度越大，编译器翻译过程越简单，产生的冗余越少。对应汇编来书，由于与机器码一一对应，所以翻译后基本没有冗余。而高级语言由于进行了抽象和封装，所以与机器指令间的耦合度较低，因此整个翻译过程较复杂，因此在高级语言在具体化的过程中不可避免会产生较多的冗余。据说C语言有10%的效率损失。

3.效率高不高，还取决于程序员水平。

一个差的程序员用汇编写程序，可能存在很多没有用的操作，而程序高手用c语言写，可以将程序优化到最大。最终的结果可能是汇编的程序跑不过C语言程序。

总之，完成一项工作的工作量是不变的，机器做的 多了，人就做的就少了，同时人对程序的很多细节的控制性也减弱了。各种语言都是在这个平衡点附近纠结。从C/C++的注重机器运算效率的优化，到C#/Java注重开发效率的优化。人操作起来更加方便了，更高效了，代价就是，机器要处理的东西更多，运算效率被进一步压缩。但是这个压缩在许可范围内，那么这也是一种进步。

这是百度百科的计算机编程语言的发展史,也有助于我们理解高级语言和低级语言:

参考文章:

https://blog.csdn.net/roseaero/article/details/51923371

https://baike.baidu.com/item/%E9%AB%98%E7%BA%A7%E8%AF%AD%E8%A8%80/299113?fr=aladdin

https://blog.csdn.net/rommel2171226/article/details/21372819