编程语言与编程环境

1．编程语言

编程语言是人和计算机之间沟通的工具，类似人和人之间使用同一种自然语言。人要控制计算机，与计算机交流，就要通过人和计算机共同约定的编程语言给计算机下命令。计算机是由人制造出来的，编程语言也是由人来定义的。编程语言是在不断提高和发展的，为提高编程效率，计算机程序设计语言越来越接近自然语言（如英语），人们还发明了许多辅助编程、辅助程序生成的工具，用这些工具会大幅度提高程序员的编程效率。需要强调的是，只有机器语言是计算机运算器件直接认识、识别和执行的程序设计语言，其他编程语言编写的程序必须先转变成机器语言才能被执行，一般由语言解释程序和编译程序来完成。对于自然语言能否被电脑接收、理解和执行，一些前沿科学家一直在进行有益的尝试，期待有一天电脑能完全听懂人类的自然语言，为人类提供更好的服务。

计算机编程语言的种类非常多，总的来说可以分成机器语言、汇编语言、高级语言三大类。

（1）机器语言是用二进制代码表示的、计算机能直接识别和执行的机器指令系统的集合。它是计算机的设计者通过计算机的硬件结构赋予计算机的操作功能。机器语言编出的程序全是些0和1的指令代码，直观性差，容易出错。

例如，实现“2+3”的机器语言程序指令（示意）如下：

（2）汇编语言的实质和机器语言是相同的，都是直接对应硬件操作，只不过指令采用了英文缩写的标识符，更容易识别和记忆。汇编语言程序必须通过汇编专用翻译软件将汇编语言程序翻译成机器语言程序代码后，才能像机器语言程序一样执行。

例如，实现“2+3”的汇编语言程序语句如下：

（3）高级语言更接近自然语言，目前更接近英语，使用了大量人们常用的英语单词和语法作为编程语言的组成要素，相对于机器语言、汇编语言等低级语言而言其更容易认识和理解。

例如，实现“2+3”的高级语言程序语句如下：

高级语言并不是特指某一种具体的程序设计语言，随着计算机技术的不断发展，诞生了很多种高级语言。所有由高级语言所编制的程序不能直接被计算机识别、执行，必须将其转换成机器语言才能被执行，按照转换方式可将它们分为两类：解释类和编译类。

解释类：执行方式类似日常生活中的“同声翻译”，源程序一边由相应语言的解释器“翻译”成目标代码（机器语言），一边执行，因此效率比较低，而且不能生成可独立执行的可执行文件，应用程序不能脱离其解释器。但这种方式比较灵活，可以动态地调整、修改应用程序，如HTML。

编译类：编译是指在源程序执行之前，就将程序源代码“翻译”成目标代码(机器语言)，因此其目标程序可以脱离其编程语言环境独立执行，使用比较方便、效率较高，易保密。但应用程序一旦需要修改，必须先修改源代码，再重新编译生成新的目标文件才能执行，只有目标文件而没有源代码，修改很不方便，对一般程序员来说几乎是不可能的。如今大多数编程语言都是编译型的，如C语言。

2．编程语言热门程度排行榜

表6-1所示为2015年3月世界编程语言热门程度排行榜^[1]前20名。

表6-1　2015年3月世界编程语言热门程度排行榜前20名

高级编程语言种类比较多，早期的Fortran语言（出现于1954年，是世界上最早的高级语言，广泛应用于科学和工程计算领域）、Cobol语言（常用于商业数据处理等领域的一种语言）、Lisp语言（善于处理大数据量演算等，用来解决多种混杂数据的问题）等由于功能跟不上时代的发展，逐渐淡出了人们的视线。有些语言，如C语言、Pascal语言、Visual Basic语言等由于比较实用，不断被开发者升级，继续保持其在业界的活力。随着硬件技术的不断进步，为了适应新应用软件开发的要求，一些新的语言被建立起来，如Java、C#、PHP、SQL、Python等。目前常用的编程语言如下所述。

1）C语言

C语言是一种计算机程序设计语言，它既具有高级语言的特点，又兼有汇编语言的优点。它由美国贝尔研究所的D.M.Ritchie于1972年推出，1978年后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上，它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，各类科研项目也需要用C语言，它适于编写系统软件，目前在单片机以及嵌入式系统开发方面用得较多。

2）Java语言

Java语言是一种可以撰写跨平台应用软件的、面向对象的程序设计语言，是由Sun Microsystems公司（该公司于2010年被Oracle公司，国内称“甲骨文公司”兼并）于1995年5月推出的Java程序设计语言和Java平台（即JavaSE、JavaEE、JavaME）的总称。Java 技术具有卓越的通用性、高效性、平台移植性和安全性，广泛应用于个人计算机、数据中心、游戏控制台、科学超级计算机、移动电话和互联网，同时拥有全球最大的开发者专业社群。

安卓是第一个内置支持Java的操作系统，安卓智能手机应用程序使用Java语言编写。随着安卓智能手机的应用深入普及，Java语言的应用领域也越来越广。在全球云计算和移动互联网的产业环境下，Java语言具备了显著优势和广阔的应用前景。

3）Objective-C语言

Objective-C在20世纪80年代初由布莱德·考克斯（Brad Cox）在其公司Stepstone发明。Objective-C是扩充C语言的面向对象编程语言。它主要使用Mac OS X和GNUstep这两个使用OpenStep标准的系统，而在NeXTSTEP和OpenStep中它更是基本语言。

Objective-C是编写以下应用程序的利器：

（1）iOS操作系统；

（2）iOS应用程序；

（3）Mac OS X操作系统；

（4）Mac OSX 上的应用程序。

Objective-C的流行归功于iPhone的成功，编写iPhone应用程序的主要编程语言是Objective-C。

4）C++语言

C++语言是一种使用非常广泛的计算机编程语言。C++是一种静态数据类型检查的、支持多重编程范式的通用程序设计语言。它支持过程化程序设计、数据抽象、面向对象程序设计、泛型程序设计等多种程序设计风格。

5）C#语言

C#语言是一种安全的、稳定的、简单的、优雅的，由C语言和C++语言衍生出来的、面向对象的编程语言。它在继承C语言和C++语言强大功能的同时去掉了一些它们的复杂特性（例如没有宏以及不允许多重继承）。C#语言综合了Visual Basic简单的可视化操作和C++语言的高运行效率，以其强大的操作能力、优雅的语法风格、创新的语言特性和便捷的面向组件编程的能力成为.NET开发的首选语言。C#语言是面向对象的编程语言。它使程序员可以快速地编写各种基于微软公司.NET平台的应用程序，微软.NET提供了一系列的工具和服务来最大程度地开发利用计算与通信领域。

6）PHP语言

PHP语言是专门写网页程序的语言。PHP语言可以嵌入HTML，更容易编写服务器端程序。PHP语言天然和Web服务器以及MySQL数据库相结合，可以动态生成图像。PHP语言之所以被广泛使用，因为它所编写的代码量小，执行速度较快。它得到较多软件公司的垂青，在一些小型网站开发中用得较多。

7）Visual Basic语言

Basic（Beginners’ All-purpose Symbolic Instruction Code，初学者的全方位符式指令代码）语言，是一种设计给初学者使用的程序设计语言。Basic是一种解释类编程语言，在完成编写后不须经由编译及连结等步骤即可执行，但如果需要单独执行仍然要将其翻译成执行程序。

Visual Basic是由微软公司开发的、包含协助开发环境的事件驱动编程语言，简称VB。从任何标准来说，VB都是世界上使用人数最多的语言——不管是盛赞VB的开发者的数量，还是抱怨VB的开发者的数量。它源自Basic编程语言。VB拥有图形用户界面（GUI）和快速应用程序开发（RAD）系统，可以轻易地使用DAO、RDO、ADO连接数据库，或者轻松地创建ActiveX控件。程序员可以轻松地使用VB提供的组件快速建立一个应用程序。它目前在一些提供二次开发接口的软件中（如Excel）编写脚本程序方面应用较多。

8）SQL语言

SQL是结构化查询语言（Structured Query Language）的简称，是一种数据库查询和程序设计语言，用于存取数据以及查询、更新和管理关系数据库系统，也是数据库脚本文件的扩展名。结构化查询语言是高级的非过程化编程语言，允许用户在高层数据结构上工作。它不要求用户指定数据的存放方法，也不需要用户了解具体的数据存放方式，所以具有完全不同的底层结构的不同数据库系统可以使用相同的结构化查询语言作为数据输入与管理的接口。结构化查询语言语句可以嵌套，这使它具有极大的灵活性和强大的功能。

3．常用集成开发环境概述

集成开发环境（Integrated Development Environment，IDE）是用于提供程序开发环境的应用程序，常常包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面工具。它是集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等一体化的开发软件服务套件。所有具备这一特性的软件或者软件套件都可以叫集成开发环境，如微软的Visual Studio系列，Borland的C++Builder、Delphi系列等。此类程序可以独立运行，也可以和其他程序并用。IDE多被用于开发HTML应用软件。例如，许多人在设计网站时使用DreamWeaver等IDE，因为使用IDE时很多任务会自动生成，开发效率很高。

1）Microsoft.NET开发平台Visual Studio

Microsoft.NET是Microsoft XML Web services平台。它允许应用程序通过互联网进行通信和共享数据，而不管所采用的是哪种操作系统、设备或编程语言。Microsoft .NET平台提供创建XML Web services并将这些服务集成在一起之所需。其对个人用户的好处是无缝的、吸引人的体验。

Microsoft Visual Studio（简称VS）是美国微软公司的开发工具包系列产品。VS是一个基本完整的开发工具集，它包括整个软件生命周期中所需要的大部分工具，如UML工具、代码管控工具、集成开发环境（IDE）等。它所写的目标代码适用于微软支持的所有平台，包括Microsoft Windows、Windows Mobile、Windows CE、.NET Framework、.NET Compact Framework、Microsoft Silverlight和Windows Phone。Microsoft Visual Studio是目前最流行的Windows平台应用程序的集成开发环境。

2014年11月13日，为了进一步扩大云计算市场，微软将不再把Microsoft.NET和Microsoft Visual Studio等关键软件技术局限在Windows平台，还将兼容Linux、Mac OS X、iOS和安卓系统。除此之外，微软还宣布将开放Microsoft.NET核心服务器运行环境和框架的源代码，使外部开发者也可以对这一软件开发平台做出贡献。

2）Eclipse集成开发环境^[2]

Eclipse是一个开放源代码的、基于Java的可扩展开发平台。就其本身而言，它只是一个框架和一组服务，用于通过插件组件构建开发环境。Eclipse附带了一个标准的插件集，包括Java开发工具（Java Development Kit，JDK）。

尽管Eclipse是使用Java语言开发的，但它的用途并不限于Java语言。例如，支持诸如C/C++、COBOL、PHP、安卓等编程语言的插件已经可用，或将会推出。Eclipse 框架还可用来作为与软件开发无关的其他应用程序类型的基础，比如内容管理系统。

基于Eclipse的应用程序的一个突出例子是IBM Rational Software Architect，它构成了IBM Java开发工具系列的基础。

Eclipse最初是由IBM公司开发的替代商业软件Visual Age for Java的下一代IDE开发环境，2001年11月贡献给开源社区，现在它由非营利软件供应商联盟Eclipse基金会（Eclipse Foundation）管理。每隔1～2年都会推出新的版本，2015年6月发布代号为Mars的4.5版。