目錄

• 簡(jiǎn)述
• C語(yǔ)言由來(lái)
  • BCPL語(yǔ)言及代碼
  • B語(yǔ)言以及代碼
  • C語(yǔ)言
• 編程語(yǔ)言
• 機(jī)器語(yǔ)言
• 匯編語(yǔ)言
• 高級(jí)語(yǔ)言
• C為何快速

簡(jiǎn)述

都說(shuō)C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序執(zhí)行效率比較高，那么到底高在哪里，我們一塊來(lái)學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)。

C語(yǔ)言由來(lái)

C語(yǔ)言源自于BCPL、B兩種語(yǔ)言。

BCPL語(yǔ)言以及代碼

1967年，劍橋大學(xué)的馬丁·理察德(Martin Richards)以CPL編程語(yǔ)言為基礎(chǔ)，發(fā)明了BCPL（Basic Combined Pogramming Language)編程語(yǔ)言。

我們?cè)诳匆粋€(gè)用BCPL語(yǔ)言編寫(xiě)的計(jì)算階乘的功能，代碼如下：

GET "libhdr"
LET start() = VALOF
{ FOR i = 1 TO 5 DO writef("fact(%n) = %i4*n", i, fact(i))
  RESULTIS 0
}
AND fact(n) = n=0 -> 1, n*fact(n-1)

GET "libhdr"是包含標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，LET start() = VALOF是程序運(yùn)行時(shí)要調(diào)用的第一個(gè)函數(shù)。空括號(hào)()表示函數(shù)不需要任何參數(shù)，VALOF表示函數(shù)有返回值。

FOR i = 1 TO 5 DO是一個(gè)從1到5的循環(huán)。writef是字符格式化字符串函數(shù)，用來(lái)輸出將i替換%n、fact(i)替換%i4格式化之后的字符串。*n表示換行，RESULTIS 0是返回值，用來(lái)告訴系統(tǒng)函數(shù)執(zhí)行成功。

AND fact(n) =介紹了函數(shù)fact的定義，通過(guò)接受一個(gè)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)n的階乘。

n=0 -> 1, n*fact(n-1)則是階乘的實(shí)現(xiàn)，當(dāng)n等于0時(shí)候，返回1(0的階乘是1)，當(dāng)n不等于0的時(shí)候則返回n*fact(n-1)，

AND原文是下面這樣說(shuō)的，如下：

The word AND causes fact to available to the previously defined function

我的個(gè)人理解是支持嵌套，那么你認(rèn)為呢？

當(dāng)上述功能執(zhí)行后將會(huì)在終端有如下輸出：

fact(1) =   1
fact(2) =   2
fact(3) =   6
fact(4) =  24
fact(5) = 120

BCPL用戶(hù)指南：https://www.cl.cam.ac.uk/~mr10/bcplman.pdf

B語(yǔ)言以及代碼

肯·湯普遜(Ken Thompson)簡(jiǎn)稱(chēng)“ken”，在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作期間設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了Unix操作系統(tǒng)。他基于BCPL創(chuàng)造了B語(yǔ)言。

同樣的，我們來(lái)看一個(gè)用B語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)進(jìn)制轉(zhuǎn)換功能。輸入一個(gè)n轉(zhuǎn)換為b進(jìn)制，其中b在2和10之間。

/* The following function will print a non-negative number, n, to
  the base b, where 2<=b<=10,  This routine uses the fact that
  in the ANSCII character set, the digits O to 9 have sequential
  code values.  */

printn(n,b) {
 extrn putchar;
 auto a;

 if(a=n/b) /* assignment, not test for equality */
  printn(a, b); /* recursive */
 putchar(n%b + '0');
}

代碼出處:https://www.bell-labs.com/usr/dmr/www/kbman.html

C語(yǔ)言

在1972年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的丹尼斯·里奇(D.M.Ritchie)在B語(yǔ)言的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了新的言，他取BCPL的第二個(gè)字母作為這種語(yǔ)言的名字，這就是C語(yǔ)言的由來(lái)。

以下是用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的進(jìn)制轉(zhuǎn)換功能。

#include

void printn(int n, char b) {
  char a;
  if(a=n/b) {
    printn(a, b);
  }
  putchar(n%b + '0');
}

int main(int argc ,char **argv) {
  printn(8, 2);
  return 0;
}

Terminal: 1000

跟B語(yǔ)言非常接近了吧。

編程語(yǔ)言

機(jī)器語(yǔ)言是二進(jìn)制文件，匯編語(yǔ)言是符號(hào)語(yǔ)言，再往匯編之上是高級(jí)語(yǔ)言。下圖是C編寫(xiě)的源文件，經(jīng)過(guò)匯編和鏈接生成的匯編文件以及二進(jìn)制文件。

機(jī)器語(yǔ)言

機(jī)器語(yǔ)言是一種指令集的體系，它是用二進(jìn)制代碼表示的語(yǔ)言，是計(jì)算機(jī)唯一可以直接識(shí)別和執(zhí)行的語(yǔ)言，它具有計(jì)算機(jī)可以直接執(zhí)行、簡(jiǎn)潔、運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，這是一件十分繁瑣的工作。編寫(xiě)程序花費(fèi)的時(shí)間往往是實(shí)際運(yùn)行時(shí)間的幾十倍或幾百倍，而且直觀性比較差，容易出錯(cuò)，程序的檢查和調(diào)試都比較困難。

匯編語(yǔ)言

為了解決機(jī)器語(yǔ)言難以理解和記憶的缺點(diǎn)，于是就出現(xiàn)了匯編語(yǔ)言。用易于理解和記憶的名稱(chēng)和符號(hào)表示機(jī)器指令中的操作碼。這樣用符號(hào)代替機(jī)器語(yǔ)言的二進(jìn)制碼，就把機(jī)器語(yǔ)言變成了匯編語(yǔ)言；于是匯編語(yǔ)言亦稱(chēng)為符號(hào)語(yǔ)言。

高級(jí)語(yǔ)言

高級(jí)語(yǔ)言又主要是相對(duì)于匯編語(yǔ)言（機(jī)器語(yǔ)言）而言的，它是高度封裝了的編程語(yǔ)言；是較接近自然語(yǔ)言和數(shù)學(xué)公式的編程，基本脫離了機(jī)器的硬件系統(tǒng)，用人們更易理解的方式編寫(xiě)程序。

例如java，c，c++，C#，python都是高級(jí)語(yǔ)言。

C為何快速

越高級(jí)的語(yǔ)言，越人性化，機(jī)器負(fù)擔(dān)就重。因?yàn)闄C(jī)器幫你處理了常見(jiàn)的問(wèn)題，需要一些額外開(kāi)銷(xiāo)。而C語(yǔ)言是一門(mén)非常干凈的語(yǔ)言，相當(dāng)于裸奔，被設(shè)計(jì)之初就將速度大于安全之上，它不會(huì)檢查數(shù)組索引是否會(huì)越界，不會(huì)檢查內(nèi)存是否泄漏，也不會(huì)檢查指針是否是野指針。

在制定C標(biāo)準(zhǔn)時(shí)指出C代碼是能夠可移植的，但是如果要為了更快的執(zhí)行效率，可以犧牲可移植性。C完全相信程序員，不會(huì)阻止程序員要做的事情。

C語(yǔ)言經(jīng)過(guò)編譯優(yōu)化生成的機(jī)器碼和和直接寫(xiě)匯編生成的機(jī)器碼是相當(dāng)?shù)?，所以C非常高效。

END