常用編程語言特點與應用分析

潘威濤

摘 要：人們日常生活離不開各種軟件所提供的服務，研究編程語言對更好地進行軟件開發具有重要意義。該文主要總結與分析了C、C++、Java、MATLAB等常用編程語言的特點和現狀，以及其在不同場景下的應用，對初級編程者有一定指導意義。

關鍵詞：編程語言 軟件 應用

中圖分類號：TP311.175 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（b）-0085-02

1 什么是編程語言

編程語言是用來定義計算機程序的形式語言，用來向計算機發出指令。計算機語言數量很多，每年都會產生大量新的編程語言。按層次來分，編程語言可分為3類：機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言由機器指令集構成，能夠直接被機器執行。機器語言寫的程序存在不便于閱讀、難以記憶的問題。匯編語言本質上也是直接對硬件操作，由于采用了助記符，相比機器語言更加方便書寫與閱讀。在高級語言中，將多條匯編程序語句合并成更簡潔的編程語句，同時自動完成一些如堆棧、寄存器分配管理等工作，更加方便程序員開發程序。

編程語言的出現可以說給人類社會快速發展提供了一個契機。目前編程已經滲透于我們日常生活的每個方面，我們所使用的電子設備、軟件服務中都運行著大量的程序。近年來，不僅是高科技產業，傳統行業也在積極投入互聯網時代，網站、軟件等編程需求巨大。研究編程語言具有重要意義。分析各個編程語言的特點，能夠指導編程者選擇更適合任務的編程語言，提高開發效率。同時能夠對編程初學者起到指導作用，以便選擇合適的學習路徑。相對于機器語言與匯編語言，日常編程任務更多選擇高級語言，該文主要討論高級語言的發展與特點。

2 高級語言發展簡史

目前已經有數千種編程語言被發明，每年仍有大量新的編程語言誕生。我們一般認為1957年由John W.Backu研發的Fortran是世界上第一門高級編程語言。1957—1959年這段時間，是編程語言剛開始新興的時候，這個時候Fortran、Lisp、Cobol也就是編程語言的雛形出現。1972年，Dennis Ritchie在B語言的基礎上改良和發展，最終將其命名為C語言[1]。C語言作為一種經典的編程語言，至今仍被廣泛使用。而之后貝爾實驗室又在C語言的基礎上推出了更強大的面向對象語言C++。1991年和1993年，Python和Ruby語言也相繼被發明。1996年Sun公司發布了Java的第一個開發工具包，標志著Java[2]成為一種獨立的開發工具，此后Java一直是一種非常流行的編程語言。

據TIOBE編程語言社區發布的編程語言流行趨勢排行榜統計顯示（前部分節選如表1所示），2016年僅有兩種語言的增長率超過了1%，分別是Groovy和GO語言，可以發現谷歌的GO語言將成為發展最快的語言。從此榜單可以看出，目前Java、C、C++使用量排名前三，而Java語言也是以9%的差距大大領先于排名第二的C語言。

如圖1所示，在2003—2005年間，Java語言使用指數有明顯的下降，2006年有所回升，而在后來的幾年（2015年前）里依舊呈逐漸下降的趨勢。2015年以前C語言使用量較為穩定（15%～20%），近兩年迅速下降至10%左右。C++語言在過去的10年中呈動態下降趨勢，2016年使用量占主流編程語言的6%左右。圖1中未統計MATLAB使用量，因為MATLAB并非軟件開發語言（圖片來源于TIOBE編程語言社區）。

3 常用編程語言特點分析

3.1 C

C語言是一門標準化高的編程語言，適用于不同的計算機系統，因為它具有較好的可移植性，所以成為了應用非常廣泛的語言。C語言方便靈活，語言簡潔，它只有32個關鍵字，9種控制語句，運算符包含的范圍廣。所以，相較于其他的高級語言，C語言容易上手。但語法限制不嚴格，設計時比較自由的同時也使C語言被濫用。圖2展示了一個C語言編程的常見錯誤，在if語句后誤加了一個分號，此時不管是否'a>b'，程序運行輸出都是'a>b'。C語言可以進行系統程序的編寫，比如UNIX就是由其編寫的。C語言不僅是高級語言，而且還可以像匯編語言一樣對物理內存、硬件直接進行訪問與操作，有時因為操作不當也會造成嚴重的錯誤。

3.2 C++

1983年，貝爾實驗室將改良后的C語言命名為C++，這門語言在保留C語言大部分設定的基礎上增加了面向對象[3]。面向對象核心概念是類與對象，類就是一個由屬性相同的對象組成的抽象集合，而對象是類的具體實例。C++語言可以直接以類為模板定義出若干個對象，所以面向對象技術使重用數據、代碼變得更加便捷。相比C語言，C++語言更適合開發大型軟件，許多系統支撐軟件和應用程序都是由C++編寫的。C++運行速度比C慢，和C一樣都存在語法的濫用。

3.3 Java

Java語言的前身是由Sun公司在C++基礎上改造出的Oak語言。Oak語言在經過許多年的修改后最終成為了現在的Java語言。與C++一樣，Java同樣是個面向對象的編程語言，它的數據庫操作強大于前者，并且C++中不常用的特征都被刪掉，使得Java更容易上手。Java的一項優點是它具有很好的安全性，因為它沒有指針，所以不會被程序員得到一些隱藏的信息，也令Java更加可靠。Java語言適合于大型項目的開發，方便一些企業編寫程序，但它在較底層的開發項目中顯得不足。如今，由于Android系統的普及，作為其基本開發語言Java為更多人所知。

3.4 MATLAB

MATLAB也稱作矩陣實驗室[4]，它包含了600多種數學計算所需的函數，在矩陣運算、數值運算和數據處理等方面的功能很強大，是一個專業的數學軟件。它的語言簡單，語法也相對不嚴格。MATLAB語言編寫與我們日常書寫的方式是很像的，易于上手。MATLAB的圖形功能也十分強大，它可以根據數據方便地做出各種圖形。MATLAB讀取文件功能也十分強大，能夠快捷、智能地讀取各種數值文件。總之，在數學和科研領域上，MATLAB的便捷性和高效性是遠遠強于介紹的前3種語言的。

4 常用編程語言應用場景分析

在學習編程或進行軟件開發時，編程者應當根據自己的任務需要選擇合適的編程語言。C語言多運用于操作系統以及底層軟件的編寫，比如Unix、Linux和大家熟知的Windows系列等。與C語言相比，C++語言常運用于更上層的軟件編寫，比如QQ和迅雷等常見Windows桌面軟件，另一個很重要的應用是大型游戲的開發。Java語言則更多運用在商業應用軟件以及網站的開發，使用J2EE（企業級Java開發框架）能夠快速、高效地完成大型商業網站開發任務。在目前流行的Android操作系統上，應用軟件都是基于Java語言編寫的。相比于其他3種語言，MATLAB廣泛運用于科學計算編程，而不適合軟件開發。

參考文獻

[1] 倪瑞曉.C語言編程技術的分析研究[J].計算機技術與發展，2009，19（12）：251-254.

[2] 賈俊奇.軟件開發下的JAVA語言[J].中國科技信息，2014 （13）：133-134.

[3] 藍雯飛，陸際光，覃俊.C++面向對象程序設計中的多態性研究[J].計算機工程與應用，2000，36（8）：97-98.

[4] 潘大夫，汪渤，周志強.Matlab與C/C++混合編程技術研究[J].計算機工程與設計，2009（2）：465-468.