编程语言的巅峰

女爷i 2022-12-30 13:49 128阅读 0赞

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“哇塞，怎么可能这么简单！”

当C语言老头儿还是小伙子的时候，第一次见到了汇编，发出了这么一声感慨。

在C语言看来，这汇编的指令实在是太简单了，简单到了令人发指的地步，只有这么几类指令：

数据传输类：

就是把数据从一个位置复制到另外一个位置，比如从内存到寄存器，或者从寄存器到内存， 或者从寄存器到寄存器。

算术和逻辑运算类：

无非就是加减乘除，AND, OR,  左移，右移

控制类：

比较两个值，跳转到某一个位置。

汇编老头儿非常地骄傲， 他经常嚣张地说：“别看我的指令这么简单，但是配合我的寄存器和内存， 却能完成你们这些所谓的高级语言的所有功能！”

这寄存器是什么鬼？ C语言脑海中只有内存和指针，根本就没有什么寄存器的概念， 实际上，这是属于CPU阿甘的，容量有限，但是速度超级快的存储部件。

![图片][795172bbfea8ca9fe0cf84683ecdf4ab.png]

![图片][e34b9bc13736a9119baa1f202e3a2211.png]

32位CPU寄存器

图片来源： http://pascalturbo.net/cpu-registers/

数组

C看着汇编这单薄的小身板，想到自己那优雅的if , 漂亮的while, for ，还有那极为重要的函数调用，心里不由得泛起嘀咕：我的程序怎么可能被编译成这么简单的汇编？

虽然心里有点瞧不上，但C小伙还是挺恭敬的：“前辈，在我这里有个数组的概念，编译成汇编是什么样？”

int num\[10\]；

num\[0\] = 100;

num\[1\] = 200;

除了机器语言，那就属汇编最老，连C语言的第一个编译器都是用汇编写的，当之无愧的前辈。

汇编老头儿没想到C小伙儿连这个问题都没弄清楚，说道：“我这里只认寄存器和内存，你这所谓数组，就是内存的一段连续的空间嘛，我只要知道开始地址就可以了。”

![图片][f34d9cef8b8a95da8549a9812d012e1c.png]![图片][795172bbfea8ca9fe0cf84683ecdf4ab.png]

C小伙儿一看，好家伙，连变量名num都不要了。 不过说得也是， 汇编老头只要记住初始地址，顺着地址就能找到所有东西。

“咦，这个什么0x000083d0不就相当于我的指针么？ ”

“是啊，不过在我这里，都是地址，忘掉指针吧！”

条件分支

C小伙又想到了自己的if else，在汇编中该怎么处理？

if(x < y ){
       return y - x;
    } else {
       return x -y ;
    }

汇编老头儿说：“你们这些高级语言啊，就爱搞复杂化，怎么不用goto呢？”

C小伙说：“goto 被迪杰斯特拉认为是有害的，会破坏结构化，不建议使用！”

“唉，简单就是美，你们这些高级语言懂不了，我这里很简单，就是比较和跳转指令，从一个地方跳到另外一个地方执行就行了。”

汇编老头儿一遍感慨，一遍写道：

我们假设

%eax 寄存器保存的是y的值,

%edx 寄存器保存的是x的值。

cmpl %eax, %edx ;  比较x和y
    
      jge   .L1       ;  如果x >= y，跳转到.L1处去执行
    
      subl  %edx,%eax ;  计算y-x，结果存到eax寄存器中
    
      jmp  .done      ;  跳转到.done标签处
    
    .L1:
    
      subl %eax, %edx ;  计算 x-y
    
      movl %edx, %eax ; 把结果存到eax寄存器中
    
    .done:            ; 计算结束，结果保存在eax寄存器中

（码农翻身注：这个例子来源于《深入理解计算机系统》）

C小伙儿看了半天，终于搞明白了这段汇编程序的含义，这所谓的jge也就是做一个判断，然后跳转到特定位置去执行，就像是if 和 goto 的结合。

汇编老头儿看到C小伙儿懂了， 问道：“你想想你的while 循环，for 循环，是不是if 和 goto 的包装而已？”

C小伙儿想了一会：“确实是这样！”

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![图片][a9370662fa48364a982b07036889cace.png]

“这不就结了，我的汇编看起来简单，但是却能表达你所有的流程控制语句，不管什么if else, while, for ，switch ，对吧？”

C小伙儿觉得汇编老头儿说的都是歪理：“这goto是简单，可是程序读起来就非常复杂了啊！”

汇编老头儿说：“你算是说道了点子上，所谓高级语言，主要是方便人类的编写和阅读的，是为了提升人类的效率。 在我这里，主要是让CPU阿甘执行的，那傻小子，速度飞快，什么也不懂，你只要告诉它指令就行，越简单越好。”

没想到CPU阿甘听到了对它的嘲讽，不满地说：“老伙计，又在背后说我的坏话，我执行了亿万条指令以后，早就悟出了程序的局部性原理，这你懂不懂？”

（码农翻身注：详情参见《[CPU阿甘][CPU]》）

函数调用

C小伙看到不能难倒汇编老头儿，想到了自己可以定义函数，精神一振，问道：“函数调用你怎么处理啊？”

int funcA(int a){
        ......
        funcB(10)
        ......
    }
    
    int funcB(int b){
        ......
        funcC();
        ......
    }

看看，这funcA调用funcB, funcB又调用funcC，函数嵌套调用，你那简单的指令能处理？ C小伙儿心里暗想。

汇编老头儿不慌不忙：“你可算是问了一个有价值的问题，不过这也难不倒我，我需要内存配合一下就行了。”

![图片][795172bbfea8ca9fe0cf84683ecdf4ab.png]![图片][694b79ffef70ddbd19fc8616987a9d94.png]

“看到里边的栈帧没有，每个栈帧都表示一个函数的调用！”

“那这栈帧中有什么东西？” C小伙儿问道。

“细节太复杂，给你画个示意图看看吧！”

![图片][5941886e0420aab090856b3e3682a892.png]![图片][795172bbfea8ca9fe0cf84683ecdf4ab.png]

“不对啊，你这栈帧中有输入参数，有返回值，可是没有函数代码啊？代码去哪儿了？”

“真是幼稚！ 这是运行时在内存中对函数的表达，那代码肯定是在代码段啊。” 汇编老头儿嘲讽道。

代码段的指令不断被CPU阿甘执行，遇到函数调用，就建立新的栈帧，函数调用结束，栈帧就会销毁，废弃。然后返回上一个栈帧。

C小伙儿意识到自己犯了一个大错误，他老是想着代码的静态结构，而忽略了运行时的表示。

编程语言的巅峰

他急于挽回面子，赶紧给C++打电话求援：“兄弟，快过来，治一下这个汇编老头儿！”

C++了解了事情的经过，说道：“兄弟，不行啊，别看我有class， 但是最终我也得变成过程化的程序，翻译成汇编，和你是一样一样的。”

（码农翻身注： 参见《[面向对象圣经][Link 1]》）

“那Python呢， Java 呢？”  C小伙儿有点气急败坏。

“他们更不行了，是虚拟机中的语言，他们连汇编老头儿的面儿都见不着，再说那虚拟机也是用你老兄C语言写的啊！”

C小伙呆住了，可不是，自己是很多系统级软件和编程语言的基础，已经非常贴近硬件了，自己治不了汇编老头儿，别人肯定也不行啊。

C小伙儿又想到了应用层那复杂的业务逻辑，他们都是由Python,Java, JavaScript等高级语言编写的，还用到了什么OOD，设计模式，函数式，响应式编程...... 但是它们都是一层层的抽象，帮助程序员更好地编写程序，在最底层，还是汇编啊。

他叹了一口气，对汇编老头说：“前辈，我服了，您可真是编程语言的巅峰啊。”

“不敢当，还有一个语言比我更厉害！”

“是谁？”

“机器语言！ 只有0和1！不信你看看这程序员专属的键盘。”

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[CPU]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAxOTc0NzExNg==&mid=2665513017&idx=1&sn=5550ee714abd36d0b580713f673e670b&scene=21#wechat_redirect
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