Dlaczego niektórzy programiści kategoryzują C, Python, C ++ inaczej? - w odniesieniu do poziomu

Biorę kurs wprowadzający na temat Pythona, a instruktor mówi, że Python jest językiem wysokiego poziomu, a C i C ++ to języki niskiego poziomu. To po prostu mylące. Myślałem, że C, C ++, Python, Java itp. To języki wysokiego poziomu.

Czytałem pytania przy przepełnieniu stosu na C, C ++ itp. I wszystkie wydają się odnosić do tych języków jako do wysokiego poziomu. Wydaje mi się, że niektórzy programiści używają tych terminów zamiennie.

Poziom wysoki i niski to warunki względne, więc użycie zmieniło się z czasem. W latach 70. UNIX tworzył fale, ponieważ pokazał, że system operacyjny można pisać przede wszystkim w języku wysokiego poziomu: C. W tym czasie C uważano za wysoki poziom, w przeciwieństwie do asemblera.

Obecnie C jest uważany za język niskiego poziomu, ponieważ ani język, ani standardowe biblioteki nie zapewniają żadnej struktury danych chleba i masła, takich jak wektory, słowniki, iteratory i tak dalej. Możesz mieć wszystkie te struktury w programie C, ale w końcu sam je napiszesz. Python, Java itp. Są na wysokim poziomie w stosunku do C, ponieważ wiele standardowych struktur danych jest wbudowanych w język lub są częścią standardowych bibliotek. Od razu po wyjęciu z pudełka ułatwia programowanie na bardziej abstrakcyjnym poziomie.

Poziom C jest niski w drugim sensie: umożliwia bezpośrednią manipulację sprzętem komputerowym (przynajmniej tak bezpośrednim, jak pozwala na to system operacyjny). Najpopularniejsze implementacje języka Python, Java itp. Są co najmniej o krok dalej usuwane ze sprzętu, ponieważ działają na maszynie wirtualnej. Jeśli chcesz manipulować sprzętem w Pythonie, musisz napisać rozszerzenie do maszyny wirtualnej Python, zwykle w C lub C ++.

C ++ to dziwny przypadek. Zapewnia mnóstwo ładnych struktur danych w ramach standardowej biblioteki, ale umożliwia także manipulowanie sprzętem na niskim poziomie.

Pomyśl o tym w kategoriach ruchomej skali, od języków NISKIEGO poziomu aż po języki WYSOKIEGO poziomu. Gdy język przesuwa się w górę skali, od NISKIEJ do WYSOKIEJ, język zapewnia coraz większą abstrakcję od określonego interfejsu z komputerem.

Języki niskiego poziomu zostały napisane, aby jawnie kierować komputerem - pomyśl kod maszynowy i kod asemblera.

Języki WYSOKIEGO poziomu próbują wyodrębnić drobne szczegóły (szczególnie przydział pamięci i zwolnienie pamięci). Chodzi o to, aby zapewnić bardziej „naturalny” interfejs do programowania i, mam nadzieję, pozwolić programiście skoncentrować się na projektowaniu i produkcji.

Obecnie język C jest uznawany za język NISKI. Nadal ma kilka znaczących abstrakcji od kodu maszynowego i kodu asemblera, więc jest technicznie „wyższy” od nich. Nadal jednak zapewnia bezpośrednie adresowanie pamięci i nie zapewnia wyrzucania elementów bezużytecznych. Są to więc szczegóły, które programista musi zaprojektować.

Porównaj to z innymi językami, takimi jak Python, Ruby lub Haskell, a masz znacznie bardziej niejasny interfejs. Te języki mają duże biblioteki kodu, które usuwają większość poleceń komputera. Czy zastanawiałeś się kiedyś, co dzieje się ze zmienną w Pythonie, gdy opuszczasz lokalny zasięg funkcji lub ją usuwasz? Prawdopodobnie nie masz racji? A to dlatego, że w języku WYSOKIEGO poziomu nie musisz! Opiekują się alokacją / zwolnieniem pamięci.

Języki na wysokim poziomie mają tę zaletę, że funkcjonują. Pozwalają nam projektować i rozwijać się swobodnie (i bezpiecznie!).

Języki o niskim poziomie mają przewagę prędkości w większości przypadków. Interpretacja kodu WYSOKIEGO kosztuje. Poza tym fajnie jest pisać coś w „mowie komputerowej”.

Mam nadzieję że to pomoże

Wysoki poziom kontra niski poziom nie jest rzeczą czarno-białą, ale ciągłą skalą. Terminy są używane do opisania, jak blisko język programowania jest do sprzętu; im wyższy poziom, tym bardziej oddziela sprzęt.

Najniższym poziomem jest oczywiście binarny kod maszynowy - jest to dokładna reprezentacja, którą system operacyjny ładuje i podaje do procesora. Montaż to pierwszy poziom abstrakcji zbudowany na nim: zamiast kodu binarnego pisze się mnemoiki, czytelne dla człowieka kody symboliczne, które reprezentują instrukcje maszyny binarnej. Tego używali ludzie do programowania systemów przed UNIX.

C jest kolejnym krokiem w łańcuchu abstrakcji, łącząc wspólne wzorce w konstrukty kontroli przepływu i wyodrębniając instrukcje specyficzne dla maszyny w składni agnostycznej platformy, a te ostatnie abstrakcje były jednym z głównych czynników, które uczyniły UNIX zarówno rewolucyjnym, jak i bardzo udanym, ponieważ oznaczało to, że ten sam kod można skompilować dla dowolnej platformy bez większych zmian.

C ++ dodaje kolejną warstwę abstrakcji: dodaje klasy (abstrakcyjne tabele i kontekst przechodzące do składni OOP) neworazdelete (łączenie alokacji pamięci i inicjalizacji zmiennych w jedną konstrukcję), sprawdzanie typu kompilacji, szablony (czas kompilacji bezpieczny dla typu metaprogramowanie) oraz szereg udogodnień w czasie kompilacji, takich jak przestrzenie nazw, przeciążenie funkcji i operatora itp.

Python robi kolejny duży krok od sprzętu. C ++ nadal zapewnia programistom pełną kontrolę nad przydzielaniem pamięci i pozwala na bezpośrednią manipulację pamięcią RAM; Python dba o zarządzanie pamięcią. Ponadto zamiast kompilować kod do instrukcji natywnej maszyny, uruchamia go na maszynie wirtualnej; niesie to ze sobą ujemny wpływ na wydajność (co czasem może być ciężkie, ale zwykle nie jest to powód do zmartwień), ale pozwala także na porządne rzeczy, które byłyby trudne w C ++ i niezwykle trudne w C, takie jak manipulowanie funkcjami i klasami w trakcie uruchamiania czas, pobieranie nazw dowolnych obiektów w czasie wykonywania, tworzenie instancji klas według nazw w czasie wykonywania, łatanie małp itp. itp.

Kiedy więc ludzie dzielą języki na „wysoki” i „niski poziom”, narysują gdzieś dowolną linię i ta linia nie zawsze jest taka sama. W 1970 r. Linia znajdowała się między montażem a C (czynnikiem decydującym było wyodrębnienie instrukcji maszynowych specyficznych dla platformy); w 1987 roku mogło być gdzieś pomiędzy C i C ++; dziś może być pomiędzy C ++ a Javą (z decydującym czynnikiem jest automatyczne zarządzanie pamięcią).

Krótko mówiąc: wysoki poziom to przesuwana skala, a dla trzech języków, o których wspominasz, to C <C ++ <Python.

Linia między językami „niskiego poziomu” i „wysokiego poziomu” zmienia się od czasu do czasu.
Na przykład:
W czasach systemu UNIX język C był językiem wysokiego poziomu.
Dzisiaj C nie ma struktur takich jak typy mapowania (słowniki), iteratory itp., Jakie mają dzisiejsze języki wysokiego poziomu, takie jak Python. Tak więc linia przesunęła się, a C spadł teraz do grupy niskiego poziomu.

Języki niskiego poziomu: Języki
te są „zbliżone” do tego, co maszyna może wykonać (najniższy poziom to: Kod zestawu!).
Pracując z tymi językami, programista musi myśleć o rzeczach najniższego poziomu, takich jak zarządzanie pamięcią. W tym sensie jesteś blisko sprzętu, z którym musisz bezpośrednio z nim pracować.

Języki wysokiego poziomu:
te języki odciągają Cię od sprzętu, ponieważ same zarządzają takimi rzeczami, jak pamięć. Podczas pracy z tymi językami, pamięć jest czynnikiem (oczywiście), ale nie pracujesz bezpośrednio ze sprzętem. Zamiast tego radzi sobie z tym język, odsuwając cię (być może wyżej) od niższego interfejsu sprzętowego.