编程语言是什么
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2023-03-14
正式学习
Python 之前，我们有必要先搞清楚【
编程语言】这个概念。
在我们很小的时候，父母就教我们开口说话，也教我们如何理解别人讲话的意思。经过长时间的熏陶和自我学习，我们在不知不觉中学会了说话，也能听懂其他小朋友说话的意思，于是我们开始用语言与他人交流。
世界上存在许多种语言，包括汉语、英语、日语、俄语等等，每种语言都有固定的格式，比如汉语（中国话），每个汉字代表着不同的意思，我们必须正确的表达，才能让对方理解。例如让父母给你10元零花钱，你会说“爸爸给我10元钱，我要买零食”，如果说“10元爸爸给钱我零食买我要”，父母就会觉得很奇怪，听不懂我们的意思，甚至引来他们的责备。
通过有固定格式和固定词汇的“语言”来与父母沟通，让父母满足你的心愿，从而达到“控制”父母的目的，这就是语言的作用。同样，我们也可以通过“语言”来控制计算机，让计算机为我们做事情，这样的语言就叫做 编程语言（Programming Language）。
和人类的语言一样，编程语言也有很多种，据不完全统计，全世界大概有 600 多种编程语言，其中比较流行的语言有 20 多种，比如 C语言、 C++、 Java、Python、 PHP、 C#、 JavaScript 等，这些语言各有千秋，都有自己擅长的方面：
可以将不同的编程语言比喻成各国语言，为了表达同一个意思，可能使用不同的语句。例如，表达“世界你好”：
对于编程语言来说，执行同一个操作，也需要使用不同的语句。举个简单的例子，在屏幕上显示 "Hello，小牛知识库"：
通过例子可以看出，编程语言和人类语言类似，都由直观的词汇组成，我们很容易理解它的意思。比如在 Python 中，我们使用
每一种编程语言都有固定的词汇和格式，学习一门编程语言，本质上就是学习如何使用这些词汇和格式。
【表1】中提到的编程语言，都是高级计算机语言，设计它们的目的是为了方便程序员理解和使用。但严格意义上来说，计算机只能理解一种非常低级的编程语言，也就是 机器语言。
举个简单的例子，计算 2 个数的和，机器语言需要控制计算机依次完成以下操作：
使用编译器将自身转换成机器语言的高级语言，通常称为 编译型语言；而使用解释器将自身转换成机器语言的高级语言，称为 解释型语言，Python 就是一种解释型编程语言。
在我们很小的时候，父母就教我们开口说话，也教我们如何理解别人讲话的意思。经过长时间的熏陶和自我学习，我们在不知不觉中学会了说话，也能听懂其他小朋友说话的意思，于是我们开始用语言与他人交流。
世界上存在许多种语言，包括汉语、英语、日语、俄语等等，每种语言都有固定的格式，比如汉语（中国话），每个汉字代表着不同的意思，我们必须正确的表达，才能让对方理解。例如让父母给你10元零花钱，你会说“爸爸给我10元钱，我要买零食”，如果说“10元爸爸给钱我零食买我要”，父母就会觉得很奇怪，听不懂我们的意思，甚至引来他们的责备。
通过有固定格式和固定词汇的“语言”来与父母沟通，让父母满足你的心愿，从而达到“控制”父母的目的，这就是语言的作用。同样，我们也可以通过“语言”来控制计算机，让计算机为我们做事情，这样的语言就叫做 编程语言（Programming Language）。
和人类的语言一样，编程语言也有很多种，据不完全统计，全世界大概有 600 多种编程语言，其中比较流行的语言有 20 多种，比如 C语言、 C++、 Java、Python、 PHP、 C#、 JavaScript 等，这些语言各有千秋，都有自己擅长的方面：
| 编程语言 | 主要用途 |
|---|---|
| C/C++ | C++ 是在C语言的基础上发展起来的，C++ 包含了C语言的所有内容，C语言是C++的一个部分，它们往往混合在一起使用，所以统称为 C/C++。C/C++主要用于 PC软件开发、Linux 开发、游戏开发、单片机和嵌入式系统。 |
| Python | Python 主要用于自动化运维、网站开发、数据分析、人工智能、云计算等技术领域，近年来势头强劲，备受开发者青睐。 |
| Java | Java 可以用于网站后台开发、Android 开发、PC软件开发，近年来又涉足了大数据领域（这主要归功于 Hadoop 框架的流行）。 |
| PHP | PHP 主要用来开发网站后台程序。 |
| C# | C# 的实现机制和 Java 类似，目前主要用于 Windows 平台的软件开发，以及少量的网站后台开发。 |
| JavaScript | JavaScript 最初只能用于网站前端开发，是前端开发的唯一语言。近年来由于 Node.js 的流行，JavaScript 在网站后台开发中也占有了一席之地，并且在迅速增长。 |
可以将不同的编程语言比喻成各国语言，为了表达同一个意思，可能使用不同的语句。例如，表达“世界你好”：
- 汉语：世界你好
- 英语：Hello World
- 日语：世界こんにちは
对于编程语言来说，执行同一个操作，也需要使用不同的语句。举个简单的例子，在屏幕上显示 "Hello，小牛知识库"：
- C语言：printf("Hello，小牛知识库");
- PHP：echo "Hello，小牛知识库";
- Python：print("Hello，小牛知识库")
通过例子可以看出，编程语言和人类语言类似，都由直观的词汇组成，我们很容易理解它的意思。比如在 Python 中，我们使用
print()让计算机在屏幕上显示文字，print 英文原意为打印、输出的意思，我们能够轻易地理解它；同时，我们还要注意语句格式，把待显示的内容
Hello, 小牛知识库加上英文状态的引号
""放在括号内，这是 Python 语言规定的格式，我们必须这样写。
每一种编程语言都有固定的词汇和格式，学习一门编程语言，本质上就是学习如何使用这些词汇和格式。
总结：编程语言是用来控制计算机的一系列指令（Instruction），它有固定的格式和词汇（不同编程语言的格式和词汇不一样），必须遵守，否则就会出错，达不到我们的目的。习惯上，我们将这一条条指令称为代码，这些代码共同组成一个计算机程序，而用编程语言来编写程序的过程称为编码。
【表1】中提到的编程语言，都是高级计算机语言，设计它们的目的是为了方便程序员理解和使用。但严格意义上来说，计算机只能理解一种非常低级的编程语言，也就是 机器语言。
举个简单的例子，计算 2 个数的和，机器语言需要控制计算机依次完成以下操作：
- 将位于内存空间位置在 0x0001 的数加载到 CPU 中；
- 再把位于内存空间位置在 0x0010 的数也加载到 CPU中；
- 在 CPU 中，对这 2 个数做求和操作；
- 将结果存储在位置为 0x0011 的内存空间。
CPU（Central Processing Unit，简称 CPU） 即中央处理器，是计算机的运算和控制核心，相当于计算机的大脑，所有的机器指令都是由 CPU 负责执行的。
可以看到，对 2 个数执行求和操作需要做这么多工作，这还只是笼统地描述，实际上会更加复杂。而使用 Python 这样的高级语言，对 2 个数求和可以直接用 a + b 的形式表示。下面使用 Python 进行演示：>>> 2+3 5这种方式虽然轻便快捷，但同时也带来了问题，我们需要设计一种方法，将高级语言翻译成计算机可以执行的机器语言。目前，有两种方法可以实现，分别是 编译器和 解释器。
使用编译器将自身转换成机器语言的高级语言，通常称为 编译型语言；而使用解释器将自身转换成机器语言的高级语言，称为 解释型语言，Python 就是一种解释型编程语言。
关于编译型语言和解释型语言的含义和区别，后续章节会进行详细介绍。