C語言編寫程序執(zhí)行效率高的原因是什么？

1. 簡述

都說C語言編寫的程序執(zhí)行效率比較高，那么到底高在哪里，我們一塊來學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)。

2. C語言由來

C語言源自于BCPL、B兩種語言。

BCPL語言以及代碼

1967年，劍橋大學(xué)的馬丁·理察德(Martin Richards)以CPL編程語言為基礎(chǔ)，發(fā)明了BCPL（Basic Combined Pogramming Language)編程語言。

我們在看一個用BCPL語言編寫的計算階乘的功能，代碼如下：

GET?"libhdr"
LET?start()?=?VALOF
{?FOR i?=?1?TO?5?DO writef("fact(%n)?=?%i4*n",?i,?fact(i))
??RESULTIS?0
}
AND fact(n)?=?n=0?->?1,?n*fact(n-1)

GET "libhdr"是包含標(biāo)準(zhǔn)庫，LET start() = VALOF是程序運行時要調(diào)用的第一個函數(shù)?？绽ㄌ?)表示函數(shù)不需要任何參數(shù)，VALOF表示函數(shù)有返回值。

FOR i = 1 TO 5 DO是一個從1到5的循環(huán)。writef是字符格式化字符串函數(shù)，用來輸出將i替換%n、fact(i)替換%i4格式化之后的字符串。*n表示換行，RESULTIS 0是返回值，用來告訴系統(tǒng)函數(shù)執(zhí)行成功。

AND fact(n) =介紹了函數(shù)fact的定義，通過接受一個參數(shù)來實現(xiàn)n的階乘。

n=0 -> 1, n*fact(n-1)則是階乘的實現(xiàn)，當(dāng)n等于0時候，返回1(0的階乘是1)，當(dāng)n不等于0的時候則返回n*fact(n-1)，

AND原文是下面這樣說的，如下：

The word AND causes fact to available to the previously defined function

我的個人理解是支持嵌套，那么你認(rèn)為呢？

當(dāng)上述功能執(zhí)行后將會在終端有如下輸出：

fact(1)?=???1
fact(2)?=???2
fact(3)?=???6
fact(4)?=??24
fact(5)?=?120

BCPL用戶指南：https://www.cl.cam.ac.uk/~mr10/bcplman.pdf

B語言以及代碼

肯·湯普遜(Ken Thompson)簡稱“ken”，在貝爾實驗室工作期間設(shè)計和實現(xiàn)了Unix操作系統(tǒng)。他基于BCPL創(chuàng)造了B語言。

同樣的，我們來看一個用B語言實現(xiàn)進(jìn)制轉(zhuǎn)換功能。輸入一個n轉(zhuǎn)換為b進(jìn)制，其中b在2和10之間。

/*?The following function will print a non-negative number,?n,?to
??the base b,?where 2<=b<=10,??This routine uses the fact that
??in the ANSCII character set,?the digits O to 9 have sequential
??code values.??*/

printn(n,b)?{
?extrn?putchar;
?auto?a;

?if(a=n/b)?/*?assignment,?not test for equality?*/
??printn(a,?b);?/*?recursive?*/
?putchar(n%b?+?'0');
}

代碼出處:https://www.bell-labs.com/usr/dmr/www/kbman.html

C語言

在1972年，美國貝爾實驗室的丹尼斯·里奇(D.M.Ritchie)在B語言的基礎(chǔ)上設(shè)計出了新的言，他取BCPL的第二個字母作為這種語言的名字，這就是C語言的由來。

以下是用C語言實現(xiàn)的進(jìn)制轉(zhuǎn)換功能。

#include

void?printn(int?n,?char?b)?{
??char?a;
??if(a=n/b)?{
????printn(a,?b);
??}
??putchar(n%b?+?'0');
}

int?main(int?argc?,char?**argv)?{
??printn(8,?2);
??return?0;
}

Terminal:?1000

跟B語言非常接近了吧。

3. 編程語言

機器語言是二進(jìn)制文件，匯編語言是符號語言，再往匯編之上是高級語言。下圖是C編寫的源文件，經(jīng)過匯編和鏈接生成的匯編文件以及二進(jìn)制文件。

機器語言

機器語言是一種指令集的體系，它是用二進(jìn)制代碼表示的語言，是計算機唯一可以直接識別和執(zhí)行的語言，它具有計算機可以直接執(zhí)行、簡潔、運算速度快等優(yōu)點，這是一件十分繁瑣的工作。編寫程序花費的時間往往是實際運行時間的幾十倍或幾百倍，而且直觀性比較差，容易出錯，程序的檢查和調(diào)試都比較困難。

匯編語言

為了解決機器語言難以理解和記憶的缺點，于是就出現(xiàn)了匯編語言。用易于理解和記憶的名稱和符號表示機器指令中的操作碼。這樣用符號代替機器語言的二進(jìn)制碼，就把機器語言變成了匯編語言；于是匯編語言亦稱為符號語言。

高級語言

高級語言又主要是相對于匯編語言（機器語言）而言的，它是高度封裝了的編程語言；是較接近自然語言和數(shù)學(xué)公式的編程，基本脫離了機器的硬件系統(tǒng)，用人們更易理解的方式編寫程序。

例如java，c，c++，C#，python都是高級語言。

4. C為何快速

越高級的語言，越人性化，機器負(fù)擔(dān)就重。因為機器幫你處理了常見的問題，需要一些額外開銷。而C語言是一門非常干凈的語言，相當(dāng)于裸奔，被設(shè)計之初就將速度大于安全之上，它不會檢查數(shù)組索引是否會越界，不會檢查內(nèi)存是否泄漏，也不會檢查指針是否是野指針。

在制定C標(biāo)準(zhǔn)時指出C代碼是能夠可移植的，但是如果要為了更快的執(zhí)行效率，可以犧牲可移植性。C完全相信程序員，不會阻止程序員要做的事情。

C語言經(jīng)過編譯優(yōu)化生成的機器碼和和直接寫匯編生成的機器碼是相當(dāng)?shù)?，所以C非常高效。

編輯：黃飛

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