1.1.2 程序設計語言及其發展

要想讓計算機能夠完成一個計算活動，就需要描述清楚該活動的細節，以及計算機運行時應該做的各種動作及其執行順序，也就是說，需要寫出相應的程序并送入計算機。而為了描述程序，需要有一套適當的描述方式。一套完整的描述方式就構成了一個語言。

人們在生活和工作中與他人交流使用的是某種自然語言（如漢語等）。為了與計算機交流，指揮它工作，同樣需要有與之交流的“語言”。用于描述計算機能夠執行的程序所用的語言，就是程序設計語言（或稱編程語言，programming language）。程序設計語言是兩種活動之間的橋梁：一種是人們的程序設計活動，人們用程序設計語言描述自己希望計算機做什么的設想，寫出程序；另一種是計算機的運行，計算機能執行的程序必須是用它能處理和執行的某種語言描述的。

在計算機的發展歷程中，人們開發和使用過很多不同類型的程序設計語言。

1. 機器語言

計算機誕生之初，人們只能用計算機可以直接處理的二進制形式的機器語言寫程序。下面是在一臺假想計算機上計算算術表達式a×b+c的指令系列：

顯然，對于人們的使用而言，二進制的機器語言極其不便。用它書寫程序非常困難，不但工作效率極低，程序的正確性也難以保證。如果發現程序不能正確工作，也很難找出錯誤的根源并改正。

2. 匯編語言

隨著程序設計經驗的積累，人們發展了符號形式的、使用相對容易的匯編語言。用匯編語言寫出的程序需要用專門軟件（匯編系統）加工，翻譯成二進制的機器語言程序后才能送給計算機執行。下面是用某種假想的匯編語言寫出的程序，它完成與上面程序同樣的工作：

匯編語言的每條指令對應一條機器語言指令，但采用助記的符號名（如上面的load、mult、add和save），存儲單元也用符號形式的名字表示。這樣，每條指令的意義就更容易理解和把握了。但是，匯編語言的程序仍然是以一條條指令的形式寫出的，描述的基礎是硬件的低級結構和相關概念。另外，匯編語言的程序本身仍然沒有任何結構，就是由許多上面這樣的指令排出的長長序列，是一盤散沙。因此，復雜程序作為整體，仍然很難正確寫出來，也很難理解。

3. 高級語言

隨著對計算機認識的深入和應用的需要，人們希望能在更高的層次上編寫程序，并使寫出的程序能完全脫離具體計算機硬件的細節。在這個方向上的努力最終導致了高級程序設計語言（high-level programming language，簡稱高級語言）的誕生。1954年誕生的第一個高級語言FORTRAN宣告了程序設計新時代的開始。FORTRAN是完全符號化的，用類似于數學表達式的形式描述基本計算；提供了有類型的變量，作為存儲的抽象模型；還提供了一批控制機制，如循環和子程序等。這些高級機制使編程者可以擺脫計算機硬件的具體細節，方便復雜程序的書寫，寫出的程序更容易閱讀，有錯誤時也更容易辨認和改正。FORTRAN語言誕生后受到廣泛歡迎。

高級語言更接近人們習慣的描述形式，更容易被接受，也使更多的人能夠（并樂于）加入程序設計活動中。用高級語言書寫程序時的工作效率更高，它使人們能高效地開發出大量規模越來越大的應用系統，這反過來推動了計算機應用的發展。應用的發展又推動了計算機工業的大發展。可以說，高級程序設計語言的誕生和發展，對于計算機的發展起了極其重要的作用。

從FORTRAN語言誕生至今，人們已提出數千種語言，其中大部分是試驗性語言，只有少數語言得到了比較廣泛的使用。隨著時代的發展，今天絕大部分程序都是用高級語言寫的，人們也早已習慣用程序設計語言這個術語指代各種高級語言了。

在高級語言（例如C/C++語言）的層面上，描述前面同樣的程序片段只需要一行：

這一描述表示，要求計算機計算等號右邊的表達式，而后將計算結果存入由d代表的存儲單元中。這種表示方式與人們所熟悉的數學形式直接對應，更容易閱讀和理解。

高級語言程序采用完全抽象的符號形式，使人們可以完全擺脫難用的二進制形式，也不用關心具體計算機的細節。此外，高級語言中還提供了許多高級的程序結構，供人們在編寫程序時組織好復雜的程序。與機器語言和匯編語言的程序相比，情況確實大大改觀了。