編程語言世代

第一代和第二代語言又稱低級(jí)語言（Low-level language），其余被視為高級(jí)語言（High-level language）

第一代編程語言

即機(jī)器語言，由0和1構(gòu)成，通過面板、打孔帶或者打孔卡輸入。

第二代編程語言

即匯編語言，是機(jī)器語言的簡(jiǎn)單替換，目前在內(nèi)核/驅(qū)動(dòng)中會(huì)被用到。

第三代編程語言

架構(gòu)無關(guān)的語言，更加面向程序員，而非機(jī)器。第三代語言將很多細(xì)節(jié)交由計(jì)算機(jī)（編譯器）把控，同時(shí)變得更加抽象。從Fortran、ALGOL、COBOL到C、C++、C#、Java、Basic和PASCAL都是第三代語言。大多數(shù)第三代語言支持結(jié)構(gòu)化編程，不少支持面向?qū)ο缶幊獭?/p>

第四代編程語言

是一個(gè)比較模糊而不斷變化的概念，本質(zhì)上說，任何在第三代語言的概念上有所改進(jìn)的語言都可被視為第四代語言。

第四代語言可能包括對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)處理、報(bào)告生成、GUI開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)開發(fā)等的支持。某些人認(rèn)為第四代語言是domain-specific語言的子集。而且這些支持在第三代語言中都有以庫(kù)的方式體現(xiàn)，這模糊了第三代和第四代的區(qū)別。

第五代編程語言

第五代語言被認(rèn)為可以讓計(jì)算機(jī)在不需要程序員的情況下獨(dú)立解決一個(gè)問題，也就是說計(jì)算機(jī)只需要了解這個(gè)問題的約束，而無需程序員寫出算法。

廣義上來說，大部分constraint-based和logic-programming和某些其他的declarative語言都是第五代語言。第五代語言通常被用作在人工智能的研究上，一些這樣的語言（比如OPS5）基于Lisp。

狹義上來說，第五代語言尚未誕生。因?yàn)槠涮攸c(diǎn)，第五代語言曾被認(rèn)為是未來的語言，將取代所有之前的高級(jí)語言，日本曾在第五代語言方面投入了大量的研究和資金，但事實(shí)上因?yàn)榈谖宕Z言和Strong AI息息相關(guān)，其難度非常之高。

編譯型和解釋型

所有語言最終都需要轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器碼，基于其轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼的方式，高級(jí)語言可大致分為編譯型和解釋型兩類（匯編語言無須編譯或解釋，僅需匯編成機(jī)器碼）。

通常來說，編譯型語言的運(yùn)行速度更快（因?yàn)橐呀?jīng)預(yù)先編譯好，運(yùn)行時(shí)無須執(zhí)行解釋這一步驟），而因此，編譯型語言的開發(fā)/調(diào)試時(shí)間也較長(zhǎng)，因?yàn)槊看握{(diào)試之前都需要編譯一次。而解釋型語言則可以快速的測(cè)試和調(diào)試。

理論上來說，任何語言都可以是編譯型的或者解釋型的。許多語言同時(shí)采用編譯器和解釋器來實(shí)現(xiàn)：先將代碼編譯為（虛擬機(jī)一致的）字節(jié)碼，在運(yùn)行時(shí)再用解釋器解釋執(zhí)行，即所謂的JIT（Just-in-time，即時(shí)編譯）。

編譯型語言（Compiled language）

編譯型語言利用編譯器先將代碼編譯為機(jī)器碼，再加以運(yùn)行。比如C、C++、C#（編譯成字節(jié)碼）、Java（編譯成字節(jié)碼）等

解釋型語言（Interpreted language）

解釋型語言利用解釋器，在運(yùn)行期間，動(dòng)態(tài)將代碼逐行解釋（Interpret）為機(jī)器代碼并執(zhí)行。比如Python、BASIC、JavaScript等。

編程范式

Programming Paradigms，或叫編程范型、編程典范，基于編程語言的特點(diǎn)而進(jìn)行分類的方式。一種語言可以可以支持超過一種編程范型。

命令式和聲明式

這是兩個(gè)相對(duì)/并列的范式，命令式編程描述過程 ，聲明式編程描述目標(biāo)。

命令式編程（Imperative programming）

命令式編程描述計(jì)算所需作出的行為。幾乎所有的計(jì)算機(jī)硬件都是命令式的。

子范式：過程式和面向?qū)ο笫?#xff0c;過程式更靠近機(jī)器，面向?qū)ο笫礁N近程序員。

過程式編程（Procedural programming）

來源于結(jié)構(gòu)化編程，其概念基于過程（procedure、routine、subroutine、function），過程由一系列可執(zhí)行可計(jì)算的步驟構(gòu)成。

Fortran、ALGOL、COBOL、BASIC、Pascal和C等語言采用過程式編程。

面向?qū)ο笫骄幊?#xff08;Object-oriented programming）

具有對(duì)象概念的編程范式。

重要的面向?qū)ο缶幊陶Z言包括Common Lisp、Python、C++、Java、C#、Perl、PHP、Ruby、Swift等。

聲明式編程（Declarative programming）

聲明式編程描述目標(biāo)的性質(zhì)，讓計(jì)算機(jī)明白目標(biāo)，而非流程。聲明式編程通常被定義為所有的“非命令式編程”。

聲明式編程包括數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語言（SQL）、正則表達(dá)式、邏輯式編程、函數(shù)式編程和configuration management。聲明式編程通常用作解決人工智能和約束滿足問題。

子范型：函數(shù)式編程、邏輯式編程、約束式編程、數(shù)據(jù)流式編程

函數(shù)式編程（Functional programming）

又稱泛函編程，它將計(jì)算視為數(shù)學(xué)上的函數(shù)運(yùn)算，避免變量或狀態(tài)（只有函數(shù)及其參數(shù)）。其最重要的基礎(chǔ)是λ演算（lambda calculus），λ演算的函數(shù)可以接受函數(shù)當(dāng)作輸入和輸出。

分為純函數(shù)式編程（Purely functional programming）和函數(shù)邏輯式編程（Functional logic programming，函數(shù)式編程和邏輯式編程的組合）

邏輯式編程（Logic programming）

邏輯式編程基于數(shù)理邏輯，它設(shè)置答案所須匹配的規(guī)則來解決問題，而非設(shè)置步驟來解決問題。過程為：事實(shí)+規(guī)則=結(jié)果。

最常用的邏輯式編程語言是Prolog，Mercury則較適用于大型方案。

約束式編程（Constraint programming）

在這種范式中，變量之間的關(guān)系是以約束的形式陳述的，它們并非明確說明了要去執(zhí)行步驟的某一步，而是規(guī)范其解的一些屬性。

數(shù)據(jù)流式編程（Dataflow programming）

將程序建模為一個(gè)描述數(shù)據(jù)流的有向圖。例如BLODI。

結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化

這是兩個(gè)相對(duì)的范式，非結(jié)構(gòu)化編程是最早的編程范式，現(xiàn)今的計(jì)算機(jī)科學(xué)家都同意結(jié)構(gòu)化編程的好處。

非結(jié)構(gòu)化編程（Non-structured programming）

是最早的編程范式，相對(duì)于結(jié)構(gòu)化編程，特點(diǎn)是其控制流是通過（容易引起混亂的）goto語句跳轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的。非結(jié)構(gòu)化編程包括機(jī)器語言、匯編語言、MS-DOS batch、以及早期的BASIC及Fortran等等。

結(jié)構(gòu)化編程（Structured programming）

通過子程序、代碼塊、for循環(huán)、while循環(huán)等結(jié)構(gòu)來取代之前的goto語句，以提高代碼的清晰程度，獲得更好的可讀性。現(xiàn)今的大部分高級(jí)語言都是結(jié)構(gòu)化的。

結(jié)構(gòu)化編程的流程包括順序、選擇（if, else, switch）、循環(huán)（for, while）幾類。

元編程（Metaprogramming）

元編程是一種讓程序視其他程序?yàn)閿?shù)據(jù)的編程技術(shù)。也即是說一個(gè)程序可以被設(shè)計(jì)為讀取、產(chǎn)生、分析、改變其他程序，甚至在運(yùn)行時(shí)改變自己。元編程所用的語言叫做元語言。

最著名的元語言是Lisp。

元編程的子范型：自動(dòng)式編程、反射式編程

自動(dòng)式編程（Automatic programming）

自動(dòng)式編程的定義并不清晰，而且隨時(shí)間在演變。

反射式編程（Reflection programming）

反射式編程指的是程序具有在運(yùn)行時(shí)檢查/修改它自身的結(jié)構(gòu)及行為的能力。

泛型編程（Generic programming）

泛型允許程序員在用強(qiáng)類型語言編寫代碼時(shí)使用一些以后才指定的類型。

Ada、Delphi、C#、Java、Swift、http://VB.NET稱之為泛型（generics），Scala和Haskell稱之為參數(shù)多態(tài)（parametric polymorphism），C++稱之為模板（）

動(dòng)態(tài)語言（Dynamic programming language）

動(dòng)態(tài)語言在運(yùn)行時(shí)可以改變其結(jié)構(gòu)：新的函數(shù)、對(duì)象甚至代碼可以被引進(jìn)，已有的函數(shù)可以被刪除或有其他結(jié)構(gòu)上的變化。JavaScript、PHP、Python、Ruby屬于動(dòng)態(tài)語言，而C和C++則不屬于動(dòng)態(tài)語言。

大部分動(dòng)態(tài)語言都使用動(dòng)態(tài)類型，但也有些不是。

類型系統(tǒng)（Type system）

動(dòng)態(tài)和靜態(tài)類型檢查

對(duì)類型的檢查可能發(fā)生在編譯時(shí)（靜態(tài)檢查），或者程序運(yùn)行時(shí)（動(dòng)態(tài)檢查）進(jìn)行。動(dòng)態(tài)類型檢查經(jīng)常出現(xiàn)在腳本語言和解釋型語言中，編譯語言則通常使用靜態(tài)類型檢查。

大部分動(dòng)態(tài)語言都使用動(dòng)態(tài)類型，但也有些不是。

強(qiáng)弱類型

強(qiáng)類型（Strongly typed）和弱類型（Weakly/Loosely typed）并沒有非常明確地定義。主要用于描述編程語言對(duì)于混入不同數(shù)據(jù)類型的值進(jìn)行運(yùn)算時(shí)的處理方式。強(qiáng)類型的語言遇到函數(shù)形參和實(shí)參的類型不匹配時(shí)通常會(huì)失敗，而弱類型的語言常常會(huì)進(jìn)行隱式的轉(zhuǎn)換（并可能造成不可知的后果）。

類型安全和內(nèi)存安全

第三種對(duì)語言的類型系統(tǒng)進(jìn)行分類的方法，就是類型運(yùn)算和轉(zhuǎn)換的安全性。如果它不允許導(dǎo)致不正確的情況的運(yùn)算或轉(zhuǎn)換，計(jì)算機(jī)科學(xué)就認(rèn)為該語言是類型安全的。

內(nèi)存安全則指的是程序不被允許訪問沒有分配給它的內(nèi)存，比如：內(nèi)存安全語言會(huì)做數(shù)組邊界檢查。通常來說，類型安全和內(nèi)存安全是同時(shí)存在的。

比如以下例子：

var x:= 5

var y:= “37”

var z:= x + y

上例中的z的值為42，不管編寫者有沒有這個(gè)意圖，該語言定義了明確的結(jié)果，且程序不會(huì)就此崩潰，或?qū)⒉幻鞫x的值賦給z。就這方面而言，這樣的語言就是類型安全的。

再比如：

int x = 5

char y[] = “37”

char* z = x + y

在這個(gè)例子中，z將會(huì)指向一個(gè)超過y地址5個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)器地址，相當(dāng)于指向y字符串的指針之后的兩個(gè)空字符之處。這個(gè)地址的內(nèi)容尚未定義，且有可能超出存儲(chǔ)器的定址界線，這就是一個(gè)類型不安全/內(nèi)存不安全的語言。

顯式聲明和隱式暗示

許多靜態(tài)類型系統(tǒng)，如C和Java，要求變量聲明類型：編寫者必須以指定類型明確地關(guān)系到每一個(gè)變量上。其它的，如Haskell，則進(jìn)行類型推斷：編譯器根據(jù)編寫者如何運(yùn)用這些變量，以草擬出關(guān)于這個(gè)變量的類型的結(jié)論。

例如，給定一個(gè)函數(shù)f（x,y），它將x和y加起來，編譯器可以推斷出x和y必須是數(shù)字——因?yàn)榧臃▋H定義給數(shù)字。因此，任何在其它地方以非數(shù)值類型（如字符串或鏈表）作為參數(shù)來調(diào)用f的話，將會(huì)發(fā)出一個(gè)錯(cuò)誤。

在代碼中數(shù)值、字符串常量以及表達(dá)式，經(jīng)常可以在詳細(xì)的前后文中暗示類型。例如，一個(gè)表達(dá)式3.14可暗示浮點(diǎn)數(shù)類型；而[1, 2, 3]則可暗示一個(gè)整數(shù)的鏈表；通常是一個(gè)數(shù)組。

總結(jié)

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