潘威濤

摘 要：人們?nèi)粘Ｉ铍x不開(kāi)各種軟件所提供的服務(wù)，研究編程語(yǔ)言對(duì)更好地進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)具有重要意義。該文主要總結(jié)與分析了C、C++、Java、MATLAB等常用編程語(yǔ)言的特點(diǎn)和現(xiàn)狀，以及其在不同場(chǎng)景下的應(yīng)用，對(duì)初級(jí)編程者有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：編程語(yǔ)言 軟件 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP311.175 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）12（b）-0085-02

1 什么是編程語(yǔ)言

編程語(yǔ)言是用來(lái)定義計(jì)算機(jī)程序的形式語(yǔ)言，用來(lái)向計(jì)算機(jī)發(fā)出指令。計(jì)算機(jī)語(yǔ)言數(shù)量很多，每年都會(huì)產(chǎn)生大量新的編程語(yǔ)言。按層次來(lái)分，編程語(yǔ)言可分為3類：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言由機(jī)器指令集構(gòu)成，能夠直接被機(jī)器執(zhí)行。機(jī)器語(yǔ)言寫的程序存在不便于閱讀、難以記憶的問(wèn)題。匯編語(yǔ)言本質(zhì)上也是直接對(duì)硬件操作，由于采用了助記符，相比機(jī)器語(yǔ)言更加方便書寫與閱讀。在高級(jí)語(yǔ)言中，將多條匯編程序語(yǔ)句合并成更簡(jiǎn)潔的編程語(yǔ)句，同時(shí)自動(dòng)完成一些如堆棧、寄存器分配管理等工作，更加方便程序員開(kāi)發(fā)程序。

編程語(yǔ)言的出現(xiàn)可以說(shuō)給人類社會(huì)快速發(fā)展提供了一個(gè)契機(jī)。目前編程已經(jīng)滲透于我們?nèi)粘Ｉ畹拿總€(gè)方面，我們所使用的電子設(shè)備、軟件服務(wù)中都運(yùn)行著大量的程序。近年來(lái)，不僅是高科技產(chǎn)業(yè)，傳統(tǒng)行業(yè)也在積極投入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，網(wǎng)站、軟件等編程需求巨大。研究編程語(yǔ)言具有重要意義。分析各個(gè)編程語(yǔ)言的特點(diǎn)，能夠指導(dǎo)編程者選擇更適合任務(wù)的編程語(yǔ)言，提高開(kāi)發(fā)效率。同時(shí)能夠?qū)幊坛鯇W(xué)者起到指導(dǎo)作用，以便選擇合適的學(xué)習(xí)路徑。相對(duì)于機(jī)器語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言，日常編程任務(wù)更多選擇高級(jí)語(yǔ)言，該文主要討論高級(jí)語(yǔ)言的發(fā)展與特點(diǎn)。

2 高級(jí)語(yǔ)言發(fā)展簡(jiǎn)史

目前已經(jīng)有數(shù)千種編程語(yǔ)言被發(fā)明，每年仍有大量新的編程語(yǔ)言誕生。我們一般認(rèn)為1957年由John W.Backu研發(fā)的Fortran是世界上第一門高級(jí)編程語(yǔ)言。1957—1959年這段時(shí)間，是編程語(yǔ)言剛開(kāi)始新興的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候Fortran、Lisp、Cobol也就是編程語(yǔ)言的雛形出現(xiàn)。1972年，Dennis Ritchie在B語(yǔ)言的基礎(chǔ)上改良和發(fā)展，最終將其命名為C語(yǔ)言[1]。C語(yǔ)言作為一種經(jīng)典的編程語(yǔ)言，至今仍被廣泛使用。而之后貝爾實(shí)驗(yàn)室又在C語(yǔ)言的基礎(chǔ)上推出了更強(qiáng)大的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言C++。1991年和1993年，Python和Ruby語(yǔ)言也相繼被發(fā)明。1996年Sun公司發(fā)布了Java的第一個(gè)開(kāi)發(fā)工具包，標(biāo)志著Java[2]成為一種獨(dú)立的開(kāi)發(fā)工具，此后Java一直是一種非常流行的編程語(yǔ)言。

據(jù)TIOBE編程語(yǔ)言社區(qū)發(fā)布的編程語(yǔ)言流行趨勢(shì)排行榜統(tǒng)計(jì)顯示（前部分節(jié)選如表1所示），2016年僅有兩種語(yǔ)言的增長(zhǎng)率超過(guò)了1%，分別是Groovy和GO語(yǔ)言，可以發(fā)現(xiàn)谷歌的GO語(yǔ)言將成為發(fā)展最快的語(yǔ)言。從此榜單可以看出，目前Java、C、C++使用量排名前三，而Java語(yǔ)言也是以9%的差距大大領(lǐng)先于排名第二的C語(yǔ)言。

如圖1所示，在2003—2005年間，Java語(yǔ)言使用指數(shù)有明顯的下降，2006年有所回升，而在后來(lái)的幾年（2015年前）里依舊呈逐漸下降的趨勢(shì)。2015年以前C語(yǔ)言使用量較為穩(wěn)定（15%～20%），近兩年迅速下降至10%左右。C++語(yǔ)言在過(guò)去的10年中呈動(dòng)態(tài)下降趨勢(shì)，2016年使用量占主流編程語(yǔ)言的6%左右。圖1中未統(tǒng)計(jì)MATLAB使用量，因?yàn)镸ATLAB并非軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言（圖片來(lái)源于TIOBE編程語(yǔ)言社區(qū)）。

3 常用編程語(yǔ)言特點(diǎn)分析

3.1 C

C語(yǔ)言是一門標(biāo)準(zhǔn)化高的編程語(yǔ)言，適用于不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因?yàn)樗哂休^好的可移植性，所以成為了應(yīng)用非常廣泛的語(yǔ)言。C語(yǔ)言方便靈活，語(yǔ)言簡(jiǎn)潔，它只有32個(gè)關(guān)鍵字，9種控制語(yǔ)句，運(yùn)算符包含的范圍廣。所以，相較于其他的高級(jí)語(yǔ)言，C語(yǔ)言容易上手。但語(yǔ)法限制不嚴(yán)格，設(shè)計(jì)時(shí)比較自由的同時(shí)也使C語(yǔ)言被濫用。圖2展示了一個(gè)C語(yǔ)言編程的常見(jiàn)錯(cuò)誤，在if語(yǔ)句后誤加了一個(gè)分號(hào)，此時(shí)不管是否'a>b'，程序運(yùn)行輸出都是'a>b'。C語(yǔ)言可以進(jìn)行系統(tǒng)程序的編寫，比如UNIX就是由其編寫的。C語(yǔ)言不僅是高級(jí)語(yǔ)言，而且還可以像匯編語(yǔ)言一樣對(duì)物理內(nèi)存、硬件直接進(jìn)行訪問(wèn)與操作，有時(shí)因?yàn)椴僮鞑划?dāng)也會(huì)造成嚴(yán)重的錯(cuò)誤。

3.2 C++

1983年，貝爾實(shí)驗(yàn)室將改良后的C語(yǔ)言命名為C++，這門語(yǔ)言在保留C語(yǔ)言大部分設(shè)定的基礎(chǔ)上增加了面向?qū)ο骩3]。面向?qū)ο蠛诵母拍钍穷惻c對(duì)象，類就是一個(gè)由屬性相同的對(duì)象組成的抽象集合，而對(duì)象是類的具體實(shí)例。C++語(yǔ)言可以直接以類為模板定義出若干個(gè)對(duì)象，所以面向?qū)ο蠹夹g(shù)使重用數(shù)據(jù)、代碼變得更加便捷。相比C語(yǔ)言，C++語(yǔ)言更適合開(kāi)發(fā)大型軟件，許多系統(tǒng)支撐軟件和應(yīng)用程序都是由C++編寫的。C++運(yùn)行速度比C慢，和C一樣都存在語(yǔ)法的濫用。

3.3 Java

Java語(yǔ)言的前身是由Sun公司在C++基礎(chǔ)上改造出的Oak語(yǔ)言。Oak語(yǔ)言在經(jīng)過(guò)許多年的修改后最終成為了現(xiàn)在的Java語(yǔ)言。與C++一樣，Java同樣是個(gè)面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，它的數(shù)據(jù)庫(kù)操作強(qiáng)大于前者，并且C++中不常用的特征都被刪掉，使得Java更容易上手。Java的一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是它具有很好的安全性，因?yàn)樗鼪](méi)有指針，所以不會(huì)被程序員得到一些隱藏的信息，也令Java更加可靠。Java語(yǔ)言適合于大型項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，方便一些企業(yè)編寫程序，但它在較底層的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中顯得不足。如今，由于Android系統(tǒng)的普及，作為其基本開(kāi)發(fā)語(yǔ)言Java為更多人所知。

3.4 MATLAB

MATLAB也稱作矩陣實(shí)驗(yàn)室[4]，它包含了600多種數(shù)學(xué)計(jì)算所需的函數(shù)，在矩陣運(yùn)算、數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理等方面的功能很強(qiáng)大，是一個(gè)專業(yè)的數(shù)學(xué)軟件。它的語(yǔ)言簡(jiǎn)單，語(yǔ)法也相對(duì)不嚴(yán)格。MATLAB語(yǔ)言編寫與我們?nèi)粘鴮懙姆绞绞呛芟竦模子谏鲜?。MATLAB的圖形功能也十分強(qiáng)大，它可以根據(jù)數(shù)據(jù)方便地做出各種圖形。MATLAB讀取文件功能也十分強(qiáng)大，能夠快捷、智能地讀取各種數(shù)值文件。總之，在數(shù)學(xué)和科研領(lǐng)域上，MATLAB的便捷性和高效性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于介紹的前3種語(yǔ)言的。

4 常用編程語(yǔ)言應(yīng)用場(chǎng)景分析

在學(xué)習(xí)編程或進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，編程者應(yīng)當(dāng)根據(jù)自己的任務(wù)需要選擇合適的編程語(yǔ)言。C語(yǔ)言多運(yùn)用于操作系統(tǒng)以及底層軟件的編寫，比如Unix、Linux和大家熟知的Windows系列等。與C語(yǔ)言相比，C++語(yǔ)言常運(yùn)用于更上層的軟件編寫，比如QQ和迅雷等常見(jiàn)Windows桌面軟件，另一個(gè)很重要的應(yīng)用是大型游戲的開(kāi)發(fā)。Java語(yǔ)言則更多運(yùn)用在商業(yè)應(yīng)用軟件以及網(wǎng)站的開(kāi)發(fā)，使用J2EE（企業(yè)級(jí)Java開(kāi)發(fā)框架）能夠快速、高效地完成大型商業(yè)網(wǎng)站開(kāi)發(fā)任務(wù)。在目前流行的Android操作系統(tǒng)上，應(yīng)用軟件都是基于Java語(yǔ)言編寫的。相比于其他3種語(yǔ)言，MATLAB廣泛運(yùn)用于科學(xué)計(jì)算編程，而不適合軟件開(kāi)發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1] 倪瑞曉.C語(yǔ)言編程技術(shù)的分析研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2009，19（12）：251-254.

[2] 賈俊奇.軟件開(kāi)發(fā)下的JAVA語(yǔ)言[J].中國(guó)科技信息，2014 （13）：133-134.

[3] 藍(lán)雯飛，陸際光，覃俊.C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的多態(tài)性研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2000，36（8）：97-98.

[4] 潘大夫，汪渤，周志強(qiáng).Matlab與C/C++混合編程技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2009（2）：465-468.