1 程序的本质，计算机语言简史，TIOBE 指数，C 语言的独特魅力、发展历程、发行版本和应用场景
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1 程序的本质
在日常工作中，我们经常会遇到各种需要按照特定步骤完成的任务。例如，秘书在处理老板交办的任务时，通常会遵循一系列有序的步骤。老板可能会要求秘书做口述笔记、键入信函内容以及发送传真。这些步骤是有序的，秘书需要按照指示逐一完成。
在这个过程中，秘书的角色类似于计算机，而老板给出的指示则类似于程序中的指令。秘书需要理解并按照老板的要求逐步执行任务，这与计算机执行程序的过程非常相似。
程序（Program）的本质就是：为了让计算机执行某些操作或解决某个问题而编写的一系列有序指令的集合。
为了理解程序的本质，我们可以分解并简要描述其中的定语 “一系列有序指令的集合”：
-
一系列：这表明程序不是单一的指令，而是由多个指令组成的。这些指令共同协作，完成特定的任务或解决特定的问题。
-
有序：这意味着指令的执行是有顺序的。计算机需要按照程序中规定的顺序，逐条执行这些指令。顺序的正确性对于程序的正确运行至关重要。
-
指令的集合：指令是计算机能够理解和执行的基本操作单元。这些指令被组合在一起，形成一个集合，即程序。这个集合包含了完成特定任务所需的所有指令。
2 计算机语言简史
2.1 第一代：机器语言
1946 年 2 月14 日，世界上第一台通用电子数字计算机 ENIAC 诞生，使用的是最原始的穿孔卡片。这种卡片上使用的是用二进制代码表示的语言，与人类语言差别极大，这种语言就称为机器语言。
下面是一段典型的机器码示例：
- 0000,0000,000000010000 代表 LOAD A, 16
- 0000,0001,000000000001 代表 LOAD B, 1
- 0001,0001,000000010000 代表 STORE B, 16
下图是 “程序媛” 正在使用机器语言编程：
扩展：“第一台计算机” 的争议
关于谁是 “第一台计算机” 的争论，在技术史学家和爱好者中一直存在。这一争议主要围绕 ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer）和阿塔纳索夫-贝瑞计算机（Atanasoff–Berry Computer, ABC）展开。
ENIAC 通常被视为世界上第一台通用电子数字计算机，于 1946 年完成并公布，标志着计算技术的重要里程碑。它能够重新编程以解决各种复杂的数学问题，展现了其通用性和强大的计算能力。
然而，ABC 的设计工作早在 20 世纪 30 年代末就已开始，由约翰·阿塔纳索夫和克利福德·贝瑞设计，旨在解线性方程组。尽管 ABC 未能实现完全的可编程功能，但它引入了一些对现代计算机发展至关重要的概念和技术。1973 年，美国法院认定 ENIAC 专利无效，并认可了 ABC 在电子数字计算领域的先驱地位。
因此，“第一台计算机” 的称号并非绝对，它取决于我们如何定义 “计算机”：
- 从电子计算装置的角度来看，ABC 是先锋；
- 从通用性和可编程性的角度来看，ENIAC 开创了现代计算机的新纪元。
这一争议揭示了早期计算机发展的复杂性，以及科技史上多重贡献和创新路径的存在。
以下是百度百科对 ENIAC 的介绍：
2.2 第二代：汇编语言
汇编语言使用英文缩写的助记符来表示基本的计算机操作，这些助记符构成了汇编语言的基础，例如：LOAD、MOVE 等，使得编程更加直观和易于理解。因此，汇编语言也被称为符号语言。
优点：由于汇编语言与硬件紧密相关，能够直接控制计算机硬件，因此可以编写出高效率的程序，充分利用计算机资源。
缺点：汇编语言是面向特定机器的，不同计算机架构会有不同的汇编语言，这导致汇编语言编写的程序不易在不同平台之间移植。
应用领域：尽管存在上述缺点，汇编语言仍然广泛应用于工业电子编程领域、软件的加密与解密、计算机病毒分析等领域。
2.3 第三代：高级语言
高级语言，是一种接近于人类使用习惯的程序设计语言，它允许程序员使用接近日常英语的指令来编写程序，程序中的符号和算式也与日常用的数学算式差不多，接近于自然语言和数学语言，容易被人们掌握。
高级语言独立于计算机硬件，有一定的通用性。
计算机不能直接识别和执行用高级语言编写的程序，需要使用编译器或者解释器，转换为机器语言才能被识别和执行。
常见的高级语言有 C、C++、C#、Java、Python、JavaScript、Go、SQL、Visual Basic、Delphi/Object Pascal、Fortran、Scratch、PHP、Rust、MATLAB、R、Assembly language、Ada、Kotlin、COBOL 等，它们各自具有独特的特点和适用场景。
| 编程语言 | 简介 |
|---|---|
| C | 一种通用的过程式计算机程序设计语言，适用于系统软件与应用软件开发，以其高效性和灵活性著称。 |
| C++ | 在 C 的基础上增加了面向对象编程的支持，广泛应用于游戏开发、系统软件及应用软件等领域。 |
| C# | 微软开发的一种多范式编程语言，专为 .NET 框架设计，适用于 Web 应用、桌面应用、移动应用等多种场景。 |
| Java | 广泛使用的面向对象编程语言，“一次编写，到处运行” 的理念使其适用于企业级应用和Android开发。 |
| Python | 解释型高级编程语言，语法简洁清晰，广泛应用于数据分析、人工智能、机器学习等领域。 |
| JavaScript | 主要用于网页浏览器端的脚本语言，实现网页上的交互效果，现在也用于服务器端开发（如 Node.js）。 |
| Go | Google 开发的静态类型编译型语言，以高效的并发处理机制在云计算和网络服务领域表现出色。 |
| SQL | 结构化查询语言，用于管理和操作关系数据库管理系统（RDBMS），是数据库查询和操作的标准语言。 |
| Visual Basic | 由微软开发的事件驱动编程语言，主要用于快速应用程序开发（RAD）特别是 Windows 平台的应用。 |
| Delphi/Object Pascal | 基于 Pascal 语言的集成开发环境，特别擅长快速应用程序开发，支持可视化组件库（VCL）等特性。 |
| Fortran | 最早的高级编程语言之一，主要用于科学计算和数值分析。 |
| Scratch | 一种基于图形界面的编程语言和在线社区，旨在教授儿童和初学者编程概念。 |
| PHP | 广泛应用于 Web 后端开发的开源脚本语言，适合于 Web 开发并可以嵌入 HTML 中使用。 |
| Rust | 注重安全性特别是并发安全性的系统编程语言，其所有权模型确保内存安全，没有垃圾回收机制。 |
| MATLAB | 主要用于数值分析、矩阵计算、信号处理与图形界面开发的语言和交互环境。 |
| R | 专注于统计计算和图形生成的编程语言和软件环境，广泛用于数据分析和统计学研究。 |
| Assembly language | 低级别的编程语言，有一种对特定计算机架构的直接对应，常用于编写操作系统底层代码、设备驱动等。 |
| Ada | 设计用于大型、长期使用系统的编程语言，尤其强调可靠性和维护性，常见于航空电子和国防工业。 |
| Kotlin | 兼容 Java 的静态类型编程语言，旨在提供更安全和简洁的代码结构，特别适用于 Android 开发。 |
| COBOL | 早期的数据处理和商业用途编程语言，至今仍在一些企业级系统中使用。 |
3 为什么学习 C 语言
3.1 C 语言的独特魅力
跨平台：C 语言是一种高度可移植的语言，它的代码可以在不同的操作系统（如 Windows、Linux、macOS）和硬件平台上编译和运行。这种跨平台特性使得 C 语言成为开发跨平台应用程序和系统的理想选择。
应用广泛：C 语言的应用范围非常广泛，从操作系统、数据库管理系统到嵌入式系统、网络协议栈，再到各种应用程序和游戏开发，几乎无处不在。它的灵活性和高效性使得它成为许多领域的首选语言。
系统级开发：C 语言非常适合进行系统级开发，如操作系统内核、设备驱动程序、硬件接口等。它提供了对计算机硬件的直接访问和控制能力，使得开发者能够编写出高效、稳定的底层软件。
高效性能：C 语言编写的程序通常具有极高的执行效率，因为它是一种编译型语言，代码在编译时会被直接转换成机器码。这种特性使得 C 语言成为对性能要求极高的应用（如实时系统、高性能计算）的首选。
提高抽象思维：学习 C 语言有助于培养抽象思维能力。在 C 语言中，开发者需要手动管理内存、处理指针、理解数据类型等底层概念，这些过程要求开发者具备较高的抽象思维能力和对计算机底层工作原理的深入理解。
生态系统丰富：C 语言拥有一个庞大而丰富的生态系统，包括各种库、框架、工具和社区资源。这些资源为开发者提供了强大的支持，使得他们能够更高效地开发、调试和部署 C 语言应用程序。
许多编程语言参照了 C 语言：C 语言对许多现代编程语言产生了深远的影响。许多语言在设计时借鉴了 C 语言的语法、数据类型、控制结构等特性。因此，学习 C 语言可以为学习其他编程语言打下坚实的基础。
帮助理解底层知识：通过学习 C 语言，开发者可以更深入地理解计算机硬件和操作系统的底层知识。这种理解对于开发高效、稳定的软件至关重要，也有助于开发者在解决复杂问题时做出更明智的决策。
3.2 TIOBE 指数
C 语言是最流行的编程语言之一，下图是 2025 年 4 月份编程语言 TIOBE 指数排行榜，该排行榜网址为：https://www.tiobe.com/tiobe-index/
TIOBE 编程社区指数是衡量编程语言流行程度的一个指标。该指数每月更新一次。评级依据包括全球熟练工程师的数量、课程数量以及第三方供应商的支持情况。谷歌、亚马逊、维基百科、必应等 20 多个热门网站被用于计算这些评级。需要注意的是，TIOBE 指数并不是为了评选 “最佳编程语言”，也不是根据代码行数来衡量语言的使用量。
该指数可用于检查你的编程技能是否仍然与时俱进，或者在开始构建新软件系统时，为选择采用哪种编程语言做出战略性决策。
下图是从 2001 年到 2025 年多种编程语言的 TIOBE 编程社区指数（TIOBE Programming Community Index）的变化趋势，从图中可以看到，不同编程语言的 TIOBE 指数随时间的变化情况。C 语言的 TIOBE 指数在过去二十多年间经历了从高到低再到相对稳定的变化趋势。尽管其流行度在某些时期有所下降，但 C 语言仍然是一种重要的编程语言，在特定领域具有广泛的应用和影响力。
为了更好地了解全局，请参阅以下多年以前排名前十的编程语言的位置。请注意，这些是过去 12 个月期间的平排名。
4 C 语言的发展历程
C 语言的发展可以追溯到 20 世纪 60 年代末至 70 年代初，这个时期是计算机编程语言发展的关键时期。
1969 年：肯·汤普森（Ken Thompson）设计了 B 语言。B 语言是 C 语言的前身，主要用于编写 Unix 操作系统，它为 C 语言的开发奠定了基础。
1972 年：丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）基于 B 语言设计了 new B 语言。new B 语言进一步简化了语法，并引入了一些新的特性。new B 语言是 C 语言的早期版本。
1973 年：丹尼斯·里奇对 new B 语言进行了进一步改进，最终诞生了 C 语言。C 语言在 B 语言的基础上增加了更多的功能和灵活性。
1978 年：贝尔实验室正式发布了第一版 C 语言编译器。这一版本的 C 语言编译器使得 C 语言能够更广泛地应用于各种系统软件和应用软件的开发。
1979 年：C 语言的最重要版本 K&R C 发布。K&R C 是由布莱恩·柯林汉（Brian Kernighan）和丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）编写的《The C Programming Language》一书中定义的标准，这本书成为了 C 语言编程的经典教材。
1989 年：美国国家标准学会（ANSI）发布了首个 C 语言标准 ANSI C（也称为 C89 或 C90）。这个标准规范了 C 语言的语法和语义，使得 C 语言更加标准化和统一，促进了其在全球范围内的广泛应用。
扩展：Unix 与 C 语言之父
肯·汤普森（Ken Thompson）被誉为 “Unix 之父”。1969 年，他在贝尔实验室与丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）共同开发了 Unix 操作系统，该系统成为现代计算机技术的基石之一。汤普森不仅设计并实现了 Unix 的最初版本，还开发了其核心工具和程序，奠定了操作系统的基础架构。
丹尼斯·里奇因发明 C 语言而被尊称为 “C 语言之父”。C 语言最初是为更高效实现和优化 Unix 系统而设计的，对编程语言的发展具有划时代意义。作为 Unix 的共同创立者，里奇的工作推动了操作系统的演进，并深刻影响了现代软件开发方式。
两位先驱的合作对计算机科学领域产生了深远影响。他们的贡献不仅在于 Unix 和 C 语言本身，更在于为操作系统设计、编程语言开发以及软件工程实践开辟了新道路，塑造了当今计算世界的面貌。
5 C 语言的发型版本
K&R C（非正式标准，1978 年）：由布莱恩·柯林汉（Brian Kernighan）和丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）合著的《The C Programming Language》一书定义了这一非正式的 C 语言标准。该版本常被称为 K&R C，是 C 语言早期的一个重要参考。
ANSI C（C89/C90，1989/1990 年）：这是 C 语言的第一个官方标准版本，由美国国家标准学会（ANSI）发布，并随后被国际标准化组织（ISO）采纳为国际标准（ISO/IEC 9899:1990）。ANSI C 规范了 K&R C 中的许多非标准行为，确保了代码的可移植性和一致性。
C99（1999 年）：C99 版本引入了许多新特性，包括单行注释（//）、可变长度数组、复数支持等。这是对 C 语言的一次重大修订，旨在使语言更加现代化并适应新的编程需求。C99 成为了一个广泛流行和使用的版本。
C11（2011 年）：C11 版本增加了多线程支持、_Generic 关键字、静态断言（static_assert）等功能，以更好地支持现代编程实践和技术发展。这些新特性使得 C 语言在并发编程和类型安全方面得到了增强。
C17（2018 年）：作为 C11 的一个修正版，C17 主要解决了前一版本中的缺陷和问题，但并未添加新的语言功能。其目标是改进语言的稳定性和兼容性，确保 C 语言在不同平台和编译器上的行为更加一致。
C23（预计 2023 年，实际可能推迟）：虽然 C23 原计划于 2023 年发布，但实际上可能会推迟到 2024 年或更晚些时候。C23 旨在进一步提升语言的安全性和可靠性，包括消除实现定义行为、增强安全性措施以及引入模块化系统等。此外，C23 还预期会加入一些新特性以满足当代软件开发的需求，使 C 语言更加现代化和易于使用。
6 C 语言的应用场景
操作系统开发：C 语言因其高效的性能和直接访问硬件的能力，被广泛用于开发操作系统内核，如 Linux。操作系统需要管理硬件资源、提供系统调用接口等，C 语言的底层访问能力和高效性使其成为开发操作系统的理想选择。
嵌入式开发：在嵌入式系统中，C 语言是主要的编程语言。嵌入式系统通常具有有限的资源和特定的硬件要求，C 语言的高效性和可移植性使其成为开发微控制器、传感器等设备上的软件的首选。
驱动程序开发：C 语言用于编写硬件设备的驱动程序，驱动程序是操作系统和硬件设备之间的接口。驱动程序需要直接访问硬件寄存器、处理中断等，C 语言的底层访问能力使其成为编写驱动程序的理想语言。
其他编程语言的编译器：许多编程语言的编译器是用 C 语言编写的。编译器需要将高级语言代码转换为机器代码，C 语言的高效性和底层访问能力使其成为编写编译器的理想选择。例如，GCC（GNU Compiler Collection）就是用 C 语言编写的。
网络编程：C 语言在网络编程中也有广泛应用。网络编程需要处理网络通信协议、套接字编程等，C 语言的高效性和灵活性使其成为开发网络协议、服务器和客户端软件等的常用语言。
数据库开发：一些数据库系统使用 C 语言进行开发，以实现高性能的数据管理和查询。数据库系统需要处理大量的数据和复杂的查询操作，C 语言的高效性和底层访问能力使其成为开发数据库系统的理想选择。
游戏开发：C 语言在游戏开发中用于编写高性能的游戏引擎和核心逻辑。游戏引擎需要处理图形渲染、物理模拟、碰撞检测等复杂操作，C 语言的高效性和灵活性使其成为开发游戏引擎的常用语言。
人工智能开发：尽管 Python 等语言在人工智能领域更为流行，但 C 语言仍用于开发一些高性能的计算库和算法。例如，TensorFlow 等深度学习框架的底层计算部分就是用 C 语言编写的，以实现高效的数值计算。
科学应用：在科学计算和研究中，C 语言用于开发高效的数值计算和科学模拟软件。科学计算需要处理大量的数据和复杂的数学模型，C 语言的高效性和灵活性使其成为开发科学计算软件的理想选择。
金融应用：在金融领域，C 语言用于开发高频交易系统、风险管理软件等需要高性能的应用。高频交易系统需要处理大量的交易数据和快速的交易决策，C 语言的高效性和实时性使其成为开发高频交易系统的理想选择。
航空航天：在航空航天领域，C 语言用于开发飞行控制系统、导航系统等关键软件。这些系统需要高度的可靠性和实时性，C 语言的底层访问能力和高效性使其成为开发航空航天软件的理想选择。