В мире насчитывают около 9000 языков программирования. Среди них есть низкоуровневые и высокоуровневые. В чем их отличие, и почему низкий уровень не хуже высокого — рассказываем в статье.
Что такое язык программирования
Языки программирования — знаковые системы, которые помогают человеку отдавать команды компьютеру. Любой язык программирования включает в себя:
- алфавит — символы, которые используются для передачи команд;
- синтаксис — правила написания запросов;
- семантику — смысловое значение команд.
С помощью языка программирования можно изменять данные на компьютере, производить вычисления, создавать новые приложения. При этом все языки взаимодействуют с компьютером на разных уровнях — низких или высоких.
Низкоуровневые языки
«Мозг» компьютера — это процессор. Именно он отдает указания и контролирует работу устройства. Процессор распознает команды только в двоичном коде — написанные при помощи нулей и единиц (100110). Цифры помогают машине понять, что именно нужно сделать — вывести на экран изображение, положить свитшот в корзину или запустить любимую игру.
У низкоуровневых языков нет встроенных функций. Они общаются с конкретным процессором, поэтому код одного компьютера не может быть использован на другом. У каждого производителя процессоров свой собственный набор инструкций.
Самые распространенные низкоуровневые языки — это машинный код и язык ассемблера.
Машинный код
Тот самый двоичный код — язык нулей и единиц, который компьютер понимает без дополнительной обработки. Для человека он кажется слишком сложным, и в нем легко запутаться. Поэтому в чистом виде его практически не используют.
Код передается в загрузчик программ напрямую, минуя «посредников», поэтому требует меньше памяти и отличается высокой производительностью.
Язык ассемблера
Чтобы немного упростить управление «железом», популярные команды преобразуют в более понятные директивы. Они похожи на сокращенные английские слова. Например, можно написать MOV вместо команды 1011, чтобы переместить данные в соседний регистр.
Язык ассемблера — это первая надстройка, которая упрощает машинный код. Но при этом все еще позволяет писать высокопроизводительные программы и приложения.
Сегодня язык ассемблера используют для создания программного обеспечения или драйверов. Чтобы компьютер понял этот язык, все команды пропускаются через компилятор или интерпретатор и переводят обратно в двоичный код.
| Машинный код | Язык ассемблера | |
|---|---|---|
| Уровень абстракции | Нулевой уровень, команда поступает сразу в процессов | Первый уровень абстракции, нужен переводчик-ассемблер |
| Легкость использования | Трудно понять, что написано в коде | Больше похоже на человеческий язык |
| Дополнительные инструменты | Не требуется | Нужен ассемблер для превращения кода в машинный язык |
| Синтаксис | Нули и единицы | Директивы (команды), похожие на английские слова |
Высокоуровневые языки
Язык ассемблера упрощает машинный код, но он все еще сложен для массового использования. Поэтому программисты начали создавать новые языки, которые больше упрощают программирование. Так появились высокоуровневые языки, синтаксис которых близок к английскому.
Высокоуровневые языки делятся:
- на императивные (процедурные) — используются для написания инструкций, задают последовательность команд для процессора (Fortan, C, C++, Java и др.);
- предметно-ориентированные (декларативные) — определяют результат кода (поиск по запросу при помощи SQL);
- объектно-ориентированные — в основе которых лежат объекты (пользователь, кнопка, сообщение), каждый из которых имеет свои характеристики (имя, цвет, содержание и т.д). Объекты с похожими характеристиками можно объединять в классы (JavaScript, Python, C#, Lisp, Perl).
Понять высокоуровневый код без обработки, как и язык ассемблера, компьютер не может. Поэтому предварительно пропускает его через переводчик — компилятор и интерпретатор.
Плюсы и минусы высокоуровневых языков
Высокоуровневые языки имеют упрощенный синтаксис, он понятный и его легко выучить. Это делает программирование более простым и эффективным. Разработчику не нужно разбираться в «железе». Достаточно описать результат, а все необходимые процессы и вычисления компьютер сделает самостоятельно. Это позволяет создавать продвинутое ПО и приложения, не имея глубоких познаний в области информатики.
Также у высокоуровневых языков есть утилиты для автоматического выявления и исправления ошибок в коде. А готовые программы не привязаны к конкретным устройствам и могут использоваться на разных платформах.
К минусам высокоуровневых языков относят их относительно низкую производительность. Чем абстрактнее становится язык, тем больше времени и ресурсов нужно компьютеру, чтобы перевести его обратно в машинный код. Поэтому приложения, написанные на высокоуровневых языках, могут долго загружаться или работать с перебоями.
Популярные языки программирования высокого уровня
К высокому уровню относится большинство популярных языков программирования.
- C — один из первых языков, его также называют системным языком программирования. Он был создан профессиональными разработчиками для операционной системы UNIX. Сейчас его используют для создания утилит и компиляторов. Для новичков это довольно сложный язык, он больше подходит профессионалам уровня senior и middle.
- C++ — расширенная версия языка C. Используется для разработки сложных приложений и программного обеспечения.
- Java — построен на базе C++, но имеет упрощенный синтаксис. Java используется при работе с искусственным интеллектом, разработке приложений и игр на Android. Ключевое преимущество языка — кроссплатформенность. Приложения, написанные на Java, одинаково стабильно работают на всех операционных системах, включая iOS.
- Python — простой универсальный язык для новичков. Подходит для машинного обучения, создания ПО, игр или web-сайтов.
- JavaScript — используется для создания мобильных и компьютерных приложенией. Отличительная особенность — большая библиотека готовых плагинов и скриптов, которые существенно упрощают работу.
Степень высокоуровневости
Деление языков на низкий и высокий уровень довольно условно. На практике все языки имеют разную степень абстракции. Часто новые языки разрабатывают на базе старых, тем самым увеличивая количество преобразований. Чем их больше от языка до двоичного кода — тем выше уровень.
Например, C++ иногда ошибочно причисляют к низкому уровню, потому что среди всех высокоуровневых языков он плотнее всего взаимодействует с «железом». А вот JavaScript — один из самых «высоких» языков, и в то же время легкий для программиста.
| Низкоуровневые языки | Высокоуровневые языки | |
|---|---|---|
| Синтаксис | Нули и единицы или простые директивы, которые почти сразу поступают на процессор | Понятные команды на базе английского языка |
| Производительность | Высокая, можно создавать ПО и драйверы | Средняя, требует время для запуска и обработки |
| Дополнительные устройства | Не требуется или только ассемблер для однократного перевода в двоичный код | Требуется компилятор или интерпретатор для перевода в двоичный код |
| Практичность | Код работает на конкретном устройстве | Код можно запустить на разных устройствах |
| Удобство | Поиск и устранение ошибок только вручную, это занимает много времени | Автоматические утилиты для выявления и исправления ошибок |
Какие языки программирования учить и зачем
Языки высокого уровня не хуже и не лучше языков низкого уровня. Как правило, они используются для разных задач. Выбирать язык программирования следует исходя из поставленной цели. Например, для мобильной разработки используют C++, Java, JavaScript. Для создания веб-сайтов подойдет Python, JavaScript, Ruby, PHP. Для драйверов можно использовать низкоуровневый язык ассемблера.
Языки низкого уровня и некоторые языки высокого уровня, например, С++, будут сложными для новичков. Поэтому тем, кто только начинает кодить, рекомендуют выбирать высокоуровневые языки с упрощенным синтаксисом — Python, JavaScript. Даже не имея глубоких познаний в информатике, с их помощью можно создать интересный проект и внедрить много небанальных решений.
