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計算機語言的發展簡史

計算機語言簡史

----轉自馬海洋部落格

計算機語言總的來說分為機器語言,彙編一語言,高階語言三大類。而這三種語言也恰恰是計算機語言發展歷史的三個階段。

1946年2月14日,世界上第一臺計算機ENIAC誕生,使用的是最原始的穿孔卡片。這種卡片上使用的語言是隻有專家才能理解的語言,與人類語言差別極大,這種語言就稱為機器語言。機器語言是第一代計算機語言。這種語言本質上是計算機能識別的唯一語言,人類很難理解。以後的語言就是在這個的基礎上簡化而來。雖然後來發展的語言能讓人類直接理解但最終送入計算機的還是這種機器語言。

計算機語言發展到第二代,出現了組合語言。組合語言用助記符代替了操作碼。用地址符號或標號代替地址碼。這樣就用符號代替了機器語言的二進位制碼。組合語言也稱為符號語言。 比起機器語言,彙編大大進步了。儘管還是複雜,用起來容易出錯,但在計算機語言發展史上是機器語言像更高階的語言進化的橋樑。

當計算機語言發展到第三代時,就進入了“面向人類”的高階語言 。高階語言是一種接近於人們使用習慣的程式設計語言。它允許用英文寫計算程式,程式中得符號和式子也與日常用的數學式子差不多。高階語言發展於上世紀50年代中葉到70年代,流行的高階語言已經開始固化在計算機記憶體裡了。比如basic語言。

現在,計算機語言仍然在不斷的發展,種類也相當多,比如FORTRAN語言,COBOL語言,C語言,C++,PASCAC,JAVA等等。

 

接下來,我就藉助馬海祥部落格的平臺跟大家介紹一下計算機語言的發展簡史,這裡所說的計算機語言特指可以在機器上執行的高階語言,也就是將組合語言、虛擬碼、計算語言等排除在外。

1、第一個計算機語言:Fortran

Fortran I誕生於1957年,由IBM設計,是世界上第一個真正的計算機語言。

Fortran I運行於IBM 704計算機上。

Fortran I支援:變數(變數名最多6個字元)、If和do語句、格式化IO。

不支援:資料型別宣告、單獨編譯子程式

Fortran II 釋出於1958年,主要對Fortran I的編譯器做了優化,並支援了單獨編譯的子程式。

Fortran IV釋出於1962年,並在1966年被標準化為Fortran 66,這也是第一個Fortran的標準化版本。

1978年的Fortran 77是非重要的標準化版本,這時的Fortran語言已經大量的引進了其他計算機語言的特點,例如字串處理、邏輯判斷、帶else子句的if語句等。

Fortran的最新標準化版本是Fortran 2008。

Fortran的設計思想基於馮諾依曼體系結構是命令式語言的鼻祖。

2、源於數學的計算機語言:Lisp

人工智慧語言IPL(Information Processing Language)誕生於1956年。IPL相當於一種假想的計算機的機器語言,這種計算機是以列表處理為基礎,這有別於馮諾依曼體系結構。IPL的關鍵是證明了:基於列表處理的計算機的可行性。

1958年夏,約翰.麥卡錫在IBM研究代數表示式的微分運算時,產生了一系列對語言需求,包括:用數學函式控制流程的方法(即,遞迴和條件表示式);列表的自動分配;廢棄列表的隱士回收。這些語言需求,顯然IPL不能滿足,所以需要設計新的語言。

1958年秋,麥卡錫在MIT成立了人工智慧小組,開始著手設計這種新的列表處理語言。這最終導致1960年,Lisp的誕生。

1960年的Lisp並沒有來得及設計自己的語法,就被麥卡錫的學生實現了,因為沒有語法,麥卡錫的學生就以列表格式的語法分析樹(即,S(Symbolic)表示式)作為臨時語法。 但沒有想到的是隨著Lisp語言廣泛流傳,這種語法被程式設計師迅速介紹,並發現了其獨特的魅力。

麥卡錫希望Lisp的語法是數學表示式的元語言,命名為M(Mate)表示式,類似於後面的ML語言的語法。但是這種想法遭到了當時Lisp程式設計師的反對,最後麥卡錫開了MIT,從此Lisp的語法凝固在S表示式上。

Lisp建立在列表和lambda演算和基礎上,是函數語言程式設計的鼻祖。

3、通用科學計算語言:Algol

Algol 58年誕生於1958年,由蘇黎世會議制定。是第一個設具體機器無關的計算機語言。

隨著Fortran的誕生,其他一些語言也在開發中,這些語言的語法格式各不相同,而且和Fortran一樣,都與執行它們的具體計算機關聯(比如標示符長度、程式碼行數的限制等)。用這些語言寫的程式碼很難交流。於是Algol 58在Fortran I的基礎做了擴充套件,併兼容了當時其他語言的一些特性,成為了程式設計思想的整合。

Algol 60,發表於1960年,在Algol 58的基礎上做了重大改進:移入塊結構、 支援兩種子程式引數傳遞(按值傳遞和按名傳遞)、允許遞迴、支援本地陣列(在棧上分配陣列)。Algol 60是命令式語言的一個里程碑。

Algol 在設計之初,就定下:語法應當儘可能接近數學記法,的目標。這就使得Algol 60語法格式幾乎影響到後來所有的計算機語言,並且Algol 60是很多文獻表達演算法的唯一正式方式。

Algol 60是後來所有計算機語言語法的鼻祖,但Cobol除外。

4、通用商務語言:COBOL

COBOL語言於1960年釋出。注意真對商務應用。語言的設計理念是:“數學程式應該用數學記法來寫,資料處理程式應該用英語語句來寫”。商務應用顯然屬於後者,所以COBOL語言看起了就像是全大寫的英語。

COBOL創造了一些新概念:巨集(DEFINE)和資料結構(記錄)。

COBOL在商務領域被廣泛的使用。

COBOL對後來的語言幾乎沒有影響,但PL/I除外。

5、跨領域語言:PL/I

之前的所有語言都是領域特定語言,例如:人工智慧領域的Lisp、科學計算領域的Algol 60,商務應用領域的COMBOL等。

PL/I誕生於1964年,是跨科學計算和商務應用領域的計算機語言。

PL/I是Algol 60、Fortran IV、COBOL的結合體。

6、面向物件的起源:SIMULA 67

1964年,在挪威計算機中心誕生了SIMULA I,然後不斷的做改進最終於1967年,產生了SIMULA 67。

SIMULA 67是對Algol 60的擴充套件,是第一個定義類結構的語言,這也被認為是面向物件的起源。

將指令式程式設計中的資料和資料的有關函式整合在一起,就形成了面向物件程式設計中的物件,而物件的型別就是類。將指令式程式設計中主程式呼叫子程式的從屬關係,變為面向物件程式設計中物件之間互相傳送訊息的平等關係。

7、正交設計:Algol 68

Algol 68,發表於1968年,第一個引入正交化設計的概念,以及使用者自定義資料型別。

8、初學者的語言:BASIC

BASIC語言誕生於1971年,設計的主要目的是:使得計算機語言可以被非理工科生使用(當時理工科學生使用的Fortran和Algol 60很難被文科生掌握)。

這樣的設計目的使得BASIC非常適合於初學者。

BASIC來自於Fortran IV,語法受到Algol 60影響。是BASIC是第一個被廣泛使用的分時處理語言。

9、學院派語言:Pascal

Pascal語言誕生於1971年,來自於Algol 68。

Pascal重大影響來自於程式設計教學。它的出現取代了Fortran作為程式設計入門語言的地位。

Pascal在工業界也有廣泛的使用。

10、系統語言:C

貝爾實驗室的UNIX作業系統,最初版本使用匯編語言寫成,並1970年,在UNIX上實現的第一個高階語言叫做B語言,B的目的是:用於開發UNIX系統程式,以及新版本的UNIX作業系統。B以BCPL語言為基礎。

BCPL,誕生於1967劍橋大寫,它的祖先是1962年誕生誕生於同一所大學的CPL語言。

B和彙編一樣資料型別就是機器字,這極大的限制了B程式在不同位數的機器之間的遷移。B的這種不可一致性導致了C的產生。

C語言就是B的改進版本,同樣以BCPL基礎,誕生引入了Algol 68的特點,使得C語言稱為了一個可移植系統程式語言。

C語言語法中對操作符的大量靈活的使用,極大的印象了後來的一批程式語言。

11、邏輯語言:Prolog

Prolog誕生於1972年,是邏輯式程式設計的鼻祖。所謂邏輯式程式設計,就是以形式邏輯的方式將計算過程傳遞給計算機。

12、極簡主義:Scheme

Scheme作為一種Lisp方言,同樣誕生在MIT,時間是1975年。Scheme第一個引入詞法作用域,延續體,閉包等概念。並將資料和函式等同對待。

Scheme的簡約優美使它博得了計算機語言皇后的桂冠,並與另一個以優雅著稱的Pascal一起成為教學語言。

Scheme是函式式語言主要用於數學演算法教學,Pascal是命令式語言主要用於程式設計教學。

13、Algol式語法的函式式語言:ML

ML誕生於1979年,ML開創了以Algol作語法的函式式語言的先河。

14、強型別惰性純函式式語言:Haskell

Haskell是1990年標準化Miranda語言的結果。

Miranda誕生於1986年,部分基於ML語言。

Haskell最大的特點是惰性求值。

15、支援面向物件的函式式語言:OCaml

Caml誕生於1996年,基於ML和Haskell。

OCaml是Caml的面向物件版本,釋出於2006年。

F#是基於OCaml的.NET平臺版本,釋出於2010年。

16、嵌入式語言:Ada

Ada語言誕生於1980年,是嵌入式系統應用語言。

Ada 83是1983年的標準化版本。

1995年的,Ada 95標準語言在ARM中定義。

Ada的最新版本是Ada 2005。

Ada廣泛的用於商務、國防航空和交通運輸等領域。

17、純面嚮物件語言:Smalltalk

Smalltalk語言誕生於1980年,是第一個完全支援面向物件程式設計的語言。

Smalltalk源於SIMUAL 67,完善並定義了訊息傳送,和物件的繼承關係。

在Smalltalk中,所有資料都是物件:訊息的傳送者,訊息的接受者,訊息,訊息的結果…。物件的型別是類。類中可以定義方法,屬性等。

18、命令式面嚮物件語言:C++

C++誕生於1983年,是在C的基礎上,以SIMUAL 67的方式對指令式程式設計的面向物件擴充套件。C++的成功在於完全相容C的情況下支援了面向物件,從而使面向物件程式設計成為了指令式程式設計的一個子類,傳統的指令式程式設計被叫做面向過程程式設計。

因為對C的完全相容,ASNI在1989年的標準化版本C 89,合併的兩種語言,叫做C/C++。

C/C++的最重要版本是1999年的C 99。幾乎吸收了當時被認為比較有效的計算機語言特性:面向過程程式設計、面向物件程式設計、泛型程式設計、自定義操作符過載等。

C/C++的最新是2011年釋出的C 11。引入的lambda表示式,垃圾回收等機制。

由於C/C++吸收了太多的語言特性,使得C/C++成為世界上最難精通的語言,沒有之一。

C/C++是目前使用人數最多的語言,和它一直競爭的是Java(具體可檢視馬海祥部落格《關於C語言、C++、Java和Python這4種程式開發語言的評價》的相關介紹)。

19、原型面嚮物件語言:Self

Self誕生於1986年。Self源自於Smalltalk。

Self對面向物件做了深入與研究,提出了“萬物皆物件”的思想。它刪除了面向物件概念中的類的概念認為類也是一種物件;訊息仍然作為最基本操作;把物件的屬性理解為獲取或更改屬性這兩種方法,從而把屬性的概念簡化為方法;取消了變數和賦值,替代它們的是通過訊息來讀槽和寫槽。

在Self中物件建立物件的方式是自我拷貝,所以叫做原型。

Self是原型面嚮物件語言的鼻祖,就像SIMUAL 67是類面向物件語的鼻祖。

20、另一個對C進行面向物件擴充套件的語言:Objective-C

Objective-C誕生於1983年,後來被蘋果公司選中,和C++相似,也是對C的面向物件擴充套件。所不同的是C++以SIMUAL 67的面向物件為基礎,Objective-C以Smalltalk的面向物件基礎。

Object-C一直伴隨著蘋果公司的作業系統一起發展,這兩年隨著iOS的開發被廣泛使用。

21、對Pascal進行面向物件擴充套件的語言:Delphi

Delphi誕生於1995年,是對Pascal的面向物件擴充套件,借鑑了C/C++的經驗,但沒有像C/C++後來那樣的瘋狂變化。

22、指令碼語言:Perl

Perl釋出於1987年。Perl起源於作業系統的控制檯(shell)的命令。使用者將完成某個工作的所有命令儲存在一個sh檔案裡,這樣只要執行這個檔案就可完成對應功能,省去每次都要輸入所有命令的麻煩。sh檔案就叫做指令碼。

指令碼只是一些命令列,可是發展到Perl時已經是一個相當成熟的語言了。

23、關聯列表函式式面向物件指令碼語言:Lua

Lua誕生於1993年,設計目的是嵌入引用程式,成為其指令碼。Lua以其小巧性著稱。

Lua基於Self和Scheme,它是第一個以關聯列表最為主要資料的函式式語言。

24、虛擬機器面嚮物件語言:Java

誕生於1995年的Java 1.0,來自於Sun公司,是第一個在虛擬機器上執行的語言。

再這之前計算機語言要麼:由直譯器解釋執行原始碼(大多數命令式語言),叫做動態語言;要麼:將原始碼編譯連線成實際的計算機指令後再由計算機執行(大多數命令式語言),叫做靜態語言。

Java運行於JM(Java虛擬機器)上,JM和直譯器的區別是:JM會將Java原始碼編譯成位元組碼,然後然後再由JM解釋執行。由於編譯和執行過程是交錯的,所以從外部來看就像是JM直接執行Java原始碼一樣。當然也可以,事先將Java原始檔編譯好,這樣JM就可以直接執行了。

Java 1.0是C++的簡化版本,保留了具有資料型別和類等一小半功能,刪除了結構體,泛型程式設計等一多半的功能(具體可檢視馬海祥部落格《你知道Java內部的這些事兒嗎》的相關介紹)。

Java 5.5 支援了泛型程式設計程式設計。

最新版本是2014釋出的Java 8.0,支援了lambda表示式。

Java是面向物件程式設計使用人數最多的語言。(C/C++的大部分人之使用C部分,即面向過程變成)。

Java的強有力競爭對手是C#。

25、面向物件解釋式指令碼語言:Python

Python誕生於1989年,作者為了打發聖誕節的無趣,決心開發一個新的指令碼解釋程式,做為 ABC語言的一種繼承。ABC是作者開發的教學語言。

Python和Perl用於相同領域,是面向過程+面嚮物件語言(具體可檢視馬海祥部落格《Python語言程式碼的效能優化方法大全》的相關介紹)。

26、純面向物件解釋式指令碼語言:Ruby

Ruby誕生於1996年,作者基於對Perl和Python的不滿而設計,的純面向物件指令碼語言。

Ruby基本等於Smalltalk + Lisp。

27、Web伺服器指令碼語言:PHP

PHP誕生於1994年,是Web伺服器指令碼語言。

PHP和JavaScript的語發相似,都是嵌入在HTML中,只不過一個在伺服器端,一個在瀏覽器端。

28、瀏覽器指令碼語言:JavaScript

1995年,網景公司發行的 Netscape Navigator 2.0,它的腳步語言就是JavaScript。

JavaScript和Java沒有任何關係,它的前身是ScriptEase。

ScriptEase的誕生於1992年原名C-minus-minus,是一個足夠強大可以替代巨集操作(macro)的指令碼語言,同時保持與 C足夠的相似性,以便開發人員能很快學會。

ScriptEase基於C和Self語言,支援面向過程和原型面向物件程式設計。

JavaScript後來由引入了Lua語言,支援以關聯列表作為資料格式的函數語言程式設計,這種關聯列表這就是著名的JSON。

最後JavaScript是一個:表面叫Java指令碼,但是和Java沒有任何關係;表面上是一個像C語言一樣的面向過程語言,但實際上是一個原型面嚮物件語言;表面上你建立了一個物件,但其實只是一個關聯列表;表面上你在定義變數和賦值,其實只是<鍵,值>對;表面上你宣告函式,其實只是<鍵,lambda表示式>對。表面上是一個指令式程式設計語言,但本質上是一個以關聯列表為資料格式的函數語言程式設計語言。

29、.NET平臺主語言:C#

C#於2000年和.NET開發平臺一起由微軟釋出。

C#是.NET開發平臺的主語言。.NET開發平臺包括,執行IL語言的虛擬機器CLR,基於IL語言的公共類庫,用於編譯產生IL語言程式的高階語言,以及支援這些高階語言開發的編譯的基礎開發環境。

由於CLR和IL公共類庫作為Window作業系統的一部分捆綁釋出,所以IL語言程式可以再Window作業系統上直接執行,就行機器指令一樣。

CLR執行IL和JM執行Java一樣,只不過CLR將IL編譯成機器指令,然後在由計算機直接執行,而JM是將Java編譯成位元組碼,然後由直譯器解釋執行。

.NET開發平臺支援多種語言,其中C#是主語言。

C# 1.0 基於Java和C++,以Java為基礎將更多的C++加入進來,並且吸收了一些Delphi和Visual Basic的特性。

C# 2.0 引入泛型程式設計。

C# 4.0支援了lambda表示式,Linq等。

最新版本是2014釋出的C#5.0。

.NET 4.0引入了動態型別,使得.NET平臺可以嵌入動態語言,比如:Lisp、Python、 Ruby等。

30、不再基礎的BASIC:Visual Basic .NET

Quick BASIC由美國微軟公司開發,1987年推出,它是BASIC的繼承者。

Quick BASIC是DOS下的開發語言,後來隨著Window系統的推出加入了影象化設計所以新的版本改名為:Visual Basic。Visual Basic是第一個支援視覺化介面設計的語言。

1998年釋出的Visual Basic 6.0 是一個應用非常廣泛的版本。

2001年,Visual Basic遷移到了.NET平臺上,改名Visual Basic .NET。Visual Basic .NET對BASIC語言特性進行了重大改進。從此Visual Basic .NET伴隨.NET開發平臺一起發展。

補充,R語言現在是最流行的統計計算語言,是S4語言的免費版本,S語言由貝爾實驗室創造。R語言、3M數學計算語言(Matlab、Mathematica、Maple)、組合語言都未列入名錄。