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机器代码,汇编语言,高级语言

机器代码,汇编语言,高级语言

作者: 牛晓伟 | 来源:发表于2021-08-23 08:42 被阅读0次

    简介:本文主要介绍了机器代码,汇编语言,高级语言各自的优缺点及它们之间的关系

    机器代码

    cpu直接可以运行的一组二进制数,就是机器代码.如下(x86-64平台)机器代码:

     虚拟地址   bytes(十六进制)
    100000f30:  55   //代表把寄存器(%rbp)的值push到栈中
    100000f71:  5d   //代表把栈顶的值pop出栈,并且赋值给寄存器(%rbp)
    100000f72:  c3   //代表结束当前过程调用,并且把下一条指令在内存中的地址交给PC(程序计数器)
    

    上面例子中的数字代表着告诉cpu你需要去做什么事情,是需要从内存取数据呢,还是把寄存器中的数据复制给内存呢,我们姑且把这些数字叫作数字指令。机器代码中的数字指令是很多的。我敢肯定如果让你来使用机器代码编写程序,那这效率就不言而喻了。

    机器代码还有个问题:不同的cpu,它所对应的机器代码是不一样的。

    机器代码的优点是:运行快,因为不需要经过翻译等环节。

    由于机器代码存在以上问题,因此汇编语言产生了。

    汇编语言

    由于机器代码特别的难以记忆,难以理解,所以就给每个数字指令起了一个名字,在使用汇编语言编写代码的时候就不用写二进制数字了,而是使用数字指令对应的名字。这里让我想起了ip地址域名的关系,域名也是为了解决ip地址不易记忆的问题产生的。如下(x86-64平台)机器代码与汇编代码:

    虚拟地址     bytes(十六进制)  汇编代码
    100000f30:  55              pushq   %rbp        //把寄存器rbp中的值push到栈顶(栈是存在于内存中)
    100000f31:  48 89 e5          movq  %rsp, %rbp  //把寄存器rsp的值复制到寄存器rbp中
    100000f71:  5d              popq    %rbp        //把栈顶值pop出去,并且复制给寄存器rbp
    100000f72:  c3              retq               //代表结束当前过程调用,并且把下一条指令在内存中的地址交给PC(程序计数器)
    

    汇编语言也是与特定cpu相关的,使用汇编语言编写程序的效率只是比机器代码提高了一丢丢。

    为了解决汇编语言和机器语言存在的问题,高级语言就被发明出来了。

    高级语言

    高级语言编程(如c语言,java语言),提供的抽象级别比较高,更接近咱们的语言习惯,在这种抽象级别上工作效率会更高,也更可靠。编译器提供的类型检查能帮助我们发现许多程序错误,并能够按照一致的方式来引用和处理数据。用高级语言编写的程序可以在很多不同的机器上编译和执行,而汇编代码则与特定cpu密切相关。

    C语言

    c语言大家都很熟悉,它是一个面向过程的语言,经过编译器编译后的产物是汇编代码,汇编代码经过链接器链接生成最终的可执行的机器代码

    来看段很简单的c方法

     int main(){
           int a = 1;
           int b = 2;
     }
    

    这段代码非常的简单,在main方法中定义了a,b两个整形局部变量,看下它所对应的机器和汇编代码

    虚拟地址    bytes(十六进制)       汇编代码
    100000fa0:  55                    pushq %rbp
    100000fa1:  48 89 e5                movq    %rsp, %rbp      // rsp对应栈顶
    100000fa4:  31 c0                  xorl %eax, %eax
    100000fa6:  c7 45 fc 01 00 00 00    movl    $1, -4(%rbp)   //对应a,把1复制到栈的rbp - 4位置
    100000fad:  c7 45 f8 02 00 00 00    movl    $2, -8(%rbp)   //对应b,把2复制到栈的rbp - 8位置
    100000fb4:  5d                    popq  %rbp
    100000fb5:  c3                    retq
    

    上面代码中bytes是机器代码,右侧是汇编代码,在汇编代码中是不是没有发现a,b的影子,它们都被放入了内存的栈中,寄存器rbp被称为栈的基地址,因为栈的虚拟地址是从高位到低位的顺序,因此栈顶的虚拟地址是最小的,因此上面代码中往栈放入值是rbp减去一定值。

    c语言针对不同的平台需要编译出不同的机器代码,java语言就不需要这样,好似不同的平台对它根本不产生影响。

    Java语言

    java语言的一大特色就是一处编译,到处运行,它是怎样做到的呢?

    这要归功于jvm(java虚拟机),java代码最终会被编译为字节码也就是咱门看到的.class文件,jvm会加载.class文件,解释器会把.class对应的指令翻译为当前平台的机器代码,其实也就是jvm会针对不同的平台翻译成不同平台对应的机器代码,对于上层来说根本没有任何区别。

    解释器解释执行时都需要做翻译的过程因此执行相对会慢,即时编译(jit)应运而生

    小结

    本篇内容主要是介绍了 机器代码,汇编代码,高级语言之间的关系,不管是汇编代码还是高级语言最终都需要编译为机器代码,这样cpu才能执行。

    每种高级语言都有它的使用场景以及解决的问题,比如c语言主要用于操作系统内核的开发,以及其他场景,但是它的抽象级别相对更高级的高级语言还不够高(比如java,c++).java语言其中一大特色一处编译,到处运行,并且它是面向对象的语言。

    高级语言相对 汇编语言,机器代码的 优势是想而易见的。

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