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【4】到底該學哪種程式語言？各種不同的程式語言現在都用來幹嘛？

2020-09-28 09:01:52

本菜雞經過調研，決定了碩士未來兩年的學習路線。最近半年主攻演演算法+資料結構基礎，LeetCode就用C++寫，配合學習資料：1.卜東波演演算法視訊課；2.兩本學長的刷題總結pdf；3.清華大學本科資料結構（C++版）教材。課題正好也是C++和Java都要用到。然後課餘時間學習課外機構的Java巨量資料視訊課（買的），巨量資料有點難不一定能學好，但總之就業具體方向還是確定了以Java為主。

0 本文要點

1.計算機程式語言的分類
低階語言/高階語言；（高階語言中的）編譯型語言/解釋性語言；動態語言/靜態語言；
2.主要的流行高階語言介紹
Java、C++、python、C#、C、JavaScript、Go、ruby、Groovy、Kotlin等
3.硬體程式設計
只瞭解一點FPGA/DSP，就簡單提一下

1 程式語言分類

（1）低階語言 / 高階語言

低階語言套件括機器語言和組合語言，Java、C++、python這些常見的都是方便程式設計師與電腦高效互動的高階語言。
機器語言是計算機可以直接識別的 0/1 串，對應計算機硬體的「斷開」和「閉合」兩種狀態。
組合語言實際上就是描述指令集的語言。通過組合這一過程，組合語言轉換成機器指令執行。特定的組合語言和特定的機器語言指令集是一一對應的，不同平臺之間不具備移植性。
高階語言更接近人類的思維方式，編寫容易，開發效率高。

（2）編譯型語言 / 直譯語言

C、C++語言是典型的編譯型語言。可以這麼理解，有一個事先編好的叫做「編譯程式」的「機器語言程式」（*未求證，感覺這裡不太對）*安裝在計算機內，它的功能是通過預處理、編譯、連結等將高階語言變為機器可執行的目的碼（注意區分，這個目的碼是機器指令，並非0 / 1二進位制程式碼。這裡涉及到ABI的相關知識）。C++編譯連結後生成的.exe可執行檔案，也是作用/執行在作業系統上的，並非直接執行在硬體上。

直譯語言：python是典型的直譯語言，即計算機有專門對應的直譯器程式，一邊掃描python程式碼、逐句輸入逐句翻譯，沒有編譯產生目標程式的過程，而是翻譯後由計算機直接一行一行執行。

這裡特殊講下Java語言，因為Java執行過程是，先 javac xxx.java 即編譯Java檔案，這一步生成一個 .class 檔案（一個與平臺無關的位元組碼程式），然後 java xxx 執行這個名為xxx的Java源程式。所以這麼看來Java也有編譯的過程，但是Java被定義為直譯語言，因為它並不是編譯生成常規的機器指令，而是生成在JVM上執行的指令位元組碼。

這就涉及到Java語言的執行機制：JDK JRE JVM與Java。

在這裡插入圖片描述

JDK(Java Development Kit) 是 Java 語言的軟體開發套件(SDK)，它是Java實現的核心，我們要執行Java必經痛苦的設定環境的過程，就是在部署JDK。

JRE（Java Runtime Environment，Java執行環境），包含JVM標準實現及Java核心類庫。JRE是Java執行環境，並不是一個開發環境，所以沒有包含任何開發工具（如編譯器和偵錯程式），它負責類的載入、初始化靜態變數、二進位制位元組碼的校驗、解析類中呼叫的介面和類

JVM是Java Virtual Machine（Java虛擬機器器）的縮寫，JVM是一種用於計算裝置的規範，它是一個虛構出來的計算機，是通過在實際的計算機上模擬模擬各種計算機功能來實現的。經過Java編譯器生成的位元組碼.class檔案就是執行在JVM。

（3）靜態（強型別）語言 / 動態（弱型別）語言

這也是針對高階語言來講的。靜態語言即編譯時變數的資料類與就可以確定的語言，大多數靜態語言要求在使用變數之前就必須宣告資料型別，C++、Java都是如此，所以他們用起來更安全。

動態語言的變數型別是由其上下文決定、動態賦予的，其型別檢查是在執行時做的。它的優點是方便閱讀，不需要寫非常多的型別相關的程式碼；缺點是不方便偵錯，容易出錯。比如眾所周知的ECMAScript(JavaScript)、Ruby、Python等都屬於動態語言。

指令碼語言都屬於動態語言，動態語言又都屬於直譯語言。

2 主要高階語言介紹

（1）Java

誕生於1995年，是分散式服務開發的最佳選擇之一；
Java做後端服務居多，包括網站後端、手機app後端，微信小程式後端、h5頁面的後端等等。
Java也可以用來做安卓開發，不過現在Android釋出了官方的開發語言kotlin，可能會形成相對聚集的生態圈。
Java開源框架超多，spring全家桶等；
遊戲方面，《我的世界》就是用Java寫的；
Java提供web外掛，允許在瀏覽器中直接執行此類應用；
在巨量資料儲存和應用方面，Java是必備語言，Hadoop也是基於Java進行開發的；

（2）C語言

誕生於1972年，最初構建目標是用來編寫系統軟體；
Linux作業系統就是用C語言開發的；
C語言不支援物件導向程式設計，也不具備執行時檢查機制；但具有出色的可移植性；
通訊電子類的公司（華為、中興等），開發相關的軟體都是用的標準C語言；
嵌入式系統程式設計、微控制器開發板都是用C語言來進行開發的；（直接接觸底層，執行效率高）

（3）python

python誕生於1991年，本身是用C語言開發的；
用於數值分析與計算（金融系統分析、量化展示等）；
在機器學習、人工智慧、資料探勘等領域應用廣泛；
第三方開源庫和工具繁花似錦，不用造輪子，調包非常方便；
python指令碼可以用來分析系統效率、覆蓋率、做資料視覺化，以及爬蟲；
也可以用來做web的後端服務，開發小程式等，Flask、Django框架等都非常火熱；

python是Google的官方語言之一，常用的軟體中，Instagram、YouTube、Dropbox（媒體儲存和處理方向）和spotify等後端都是用python開發的。

（4）C++

誕生於1983年，屬於C語言的一個超集；
對C語言的擴充和延申，非常有設計感，容器、泛型程式設計、模板庫、物件導向程式設計等元素的使用，使得C++非常具有表現力；
嵌入式程式設計、電信級軟體、windows/Linux上的（ps、office、QQ、微信，基本都是c++開發的。Foxmail / Outlook 等各種郵件收發工具、Chrome瀏覽器、IDE visual studio、搜狗輸入法等也都是由C++開發；

C++可跨越全部裝置實現移植，並受到Android、蘋果、Windows phone以及黑莓四大行動平臺支援；

（5）JavaScript

JavaScript誕生於1995年，屬於使用者端指令碼語言；（JS程式碼被寫入HTML頁面中，使用者端的使用者通過內部JS請求某HTML頁面時，該指令碼會被傳送至瀏覽器，並由（使用者端的）瀏覽器決定下一步操作。）

程式碼在使用者端執行，減輕了伺服器端的壓力，但這也意味著有時會被惡意活動所利用，從而帶來安全隱患；
JavaScript在不同的瀏覽器上有時會以不同的方式進行解釋，相比於提供穩定輸出結果的伺服器端，js指令碼的可預測性較差。不過充分測試可避免此類問題。

也是典型的全棧語言，在前後端無處不在；
使用者互動UI、動態頁面生成，主要在前端大放異彩；
廣泛應用到各種企業級開發，如Vue.js、React.js、Angular.js等框架；
也可以用來做後端伺服器開發、高效能伺服器程式設計等，其支援框架為大名鼎鼎的 Node.js，具有非同步程式設計的特點；

（6）C#

誕生於2000年，語法很像Java，可以做web後端（ASP.NET）、桌面軟體開發、Windows應用開發等；
常用的 stack overflow、印象筆記就是由C#開發的；
全面整合.net庫，提供出色的功能與支援庫存取能力，但也由於整合了.net庫而不具備跨平臺的能力；
在國內生態不太好，就業形勢一般；

（7）PHP

誕生於1994年，超文字前處理器，是一種伺服器端的指令碼語言；
可以用來做後端的web服務，典型框架 ThinkPHP，以及現在比較流行的 Larvaral；
Facebook中就用到了PHP；
PHP擁有龐大而活躍的社群，易於上手，能夠豐富支援html、js、css等語言，與各類資料庫、檔案系統的共同作業都非常順暢；

（8）SQL

資料庫查詢語言，很簡單，但必須要學；
經久不衰的話題是：如何對SQL語言進行優化；（社招常問）

（9）Objective-C、Swift

O-C誕生於1983年，是蘋果IOS開發官方語言，用於構建 Mac OS、IOS；

（10）Go

由Google開發釋出；
對在多處理器系統上的執行進行了特別的優化，據說編譯後的執行速度可以媲美C++/C；
也擁有自己web後端開發的典型框架：Beego框架、Gin框架；
基於Go語言的部落格框架：Hugo，可以用來搭建自己的個人部落格；
Go語言在虛擬化技術方面應用十分廣泛，大名鼎鼎的遠端虛擬機器器工具Docker就是Go語言的典型作品；

（11）Groovy

隸屬於Java系的指令碼語言；可以理解為Java動態機制的一種補充，二者可以互相呼叫；
它也需要JDK的支援；
典型的應用：Jenkins 2.0的流水線 pipeline 指令碼，只能用groovy來寫；

（12）Kotlin

也需要JDK的支援，也和Java語言互通；
2017Google開發者大會官宣了kotlin為Android開發的官方語言；

（13）Lua

和python類似，也是用C語言實現的，很容易和C程式碼互相呼叫；
OpenResty = Nginx + Lua：這個專案就是 Lua 語言對 Nginx 伺服器進行二次開發得到的，用於web後端伺服器開發、遊戲開發等；

（14）Julia

高效能動態科學計算語言；
支援非常多的資料型別，在科研中（尤其機器學習）用的非常多；

3 硬體程式設計

（1）Verilog、VHDL（用於FPGA程式設計的兩種常見語言）

Field Programmable Gate Array，現場可程式化邏輯閘陣列；

FPGA 晶片並非單純侷限於研究以及設計晶片，而是針對較多領域產品都能借助特定晶片模型予以優化設計。從晶片器件的角度講，FPGA 本身構成 了半客製化電路中的典型積體電路，其中含有數位管理模組、內嵌式單元、輸出單元以及輸入單元等。

我們的計算機中，CPU晶片處理器負責排程、計算，GPU用來圖形加速顯示等，上面佈滿了密集的電路元件，FPGA也是一種晶片，它在通訊領域用途較廣，常規也用於影象、資料處理的一些演演算法輔助實現，現在比較火熱的是用於深度學習加速。

（2）DSP

TI公司的DSP用CCS開發平臺，程式語言一般是C語言；來ADI公司的源DSP用VDSP++開發平臺，一般也是用C語言。
這個我瞭解不多，只知道在我們直觀看不到的地方應用非常廣泛，還有就是EDA技術那一套。有機會了解了再說。

參考連結：
https://blog.csdn.net/zdb292034/article/details/80732098
bilibili @ codesheep 高階語言介紹的部分內容由程式羊大哥的視訊搬運而來
知乎 @ 周萌萌 部分內容參考來自四年前由周翻譯過來的一個外國網站的統計圖