計算機怎麼閱讀代碼？

在你第一堂程式課,你可能會被介紹到一種叫做Compiler的概念 這就是它的使用方式 首先,你寫出你的程式,但是電腦還沒能夠讀到 所以,為了能夠實際運行你的程式 你首先需要通過這個特別的程式叫做Compiler 然後出現一個新版本的程式,能夠被電腦讀到 它可能是被測試了用一堆輸出和預期輸出的輸出來運行 所以,你的程式有兩個版本 你寫出的程式,但是電腦還沒能夠讀到 但是,它比魔術還要好 Compiler是一個複雜的機器 它可以隔離人類的讀取方式和電腦的讀取方式 所以,Compiler到底在做什麼? 你的程式的可行版本其實是什麼樣子? 什麼? 你說你不知道我在說什麼? 噢,我想我知道發生了什麼 在你第一堂程式課,你大概只是使用了一個IDE 在這件事情下,整個過程都被你隱藏了 當你按下運行按鈕,你的作品被儲存,你的程式被建立 它就會自動運行 所以,現在我們來到速度 這程式的可行版本是什麼樣子? Compiler到底在做什麼? 什麼? 你說你不知道我在說什麼? 你只做了Python寫程式? 噢,我的天啊,這裡有好多弱點 好,這就是一般程式的處理方式 它是怎麼運行的?我不知道,我們來看看 在低級程式中,電腦處理器只能做少數事情 它可以讀取和記錄 它可以做數字和數學 現代處理器也能做其他事情,但這就基本上就是它 現在,一個可運行程式,那是由Compiler生產的 只是一張列表的指令,讓處理器遵循 寫在雙語範圍 指令像是 讀取這些記憶點,做一些事情給它們 寫記憶點,跳過這麼多條 跳過這麼多條,但只要這個標誌是正確的 這些東西 一個程式,表達在一張列表中的記憶點 叫做機械碼 這是電腦可以讀取的程式 但為什麼電腦處理器只能讀取這個樣子的程式? 為什麼這個樣子? 簡單來說,這就是處理器的運行方式 處理器已經包含所有的記憶點 但正確的記憶點只能連在一起 當相同的記憶點連在一起時 指令中的1和0會導致某些傳輸器開啟或關閉 這就會連接正確的記憶點一起來執行這個指令 如果你想了解更多 你可能會想看Crash Course Computer Science 尤其是第五到八集 第三和四集也有幫助 如果你需要更新雙語範圍和邏輯門 不過你也可以看我的視頻 據說,Crash Course沒有要求我推薦它們 我只是非常喜歡這個系列 簡單來說,知道處理器的運行方式就像這樣 但當你第一次學習程式的時候 你不需要知道任何關於這些複雜的機械文法 例如記憶管理、記憶點運行方式或定義跳動 程式是關於variables, if statements, loops, and functions 這些只是高級的構造 讓人類更容易思考程式 程式表達的這個形式叫做source code 是一個人類能夠理解的程式 因此是大多數人類寫程式的版本 製作人的工作是把這個人類能夠理解的source code 轉成一個人類能夠理解的機械文法 但它是怎麼做到的? 它是怎麼把一條文字轉成一張語句列? 我們來看看一些例子 這是一個很簡單的程式 宣佈一個會叫做x的代碼 然後把它定義為3 目前這個程式只有source code 我知道它看起來有某種結構 但對於電腦來說 它只是一個無意義的文字 它只是一個文字 我知道這個程式沒有什麼用 但我們先來簡單的 我們把這個source code轉到文件夾 看看它會做什麼 文件夾首先把文字分成個人的代碼 就像文件夾在找出這個程式裡的文字 然後代碼被組成一個結構 叫做parse tree 就像在找出這個程式裡的語句 這個結構 然後製作人記錄了程式的概念 包括代碼和功能名稱 這是電腦需要留意的東西 在不同部分的程式 在我們的情況下 唯一的概念是x的代碼 哦,還有主功能 但這對我們來說不重要 最後的步驟是穿過樹枝 來找出某種機械軟件 能夠做到同樣的事情 如同這個特定的source code 我只是想強調 通常製作人不會直接從parse tree 轉到機械軟件 通常我們會跳過一些中途的步驟 這就是機械軟件的組成方式 它有點難讀和解釋 所以我們來把它削減 寫成文字 其實還是有點難讀 我們來寫成組成方式 這是機械軟件的比較人類能讀到的版本 這樣比較好 現在我們就不理會這個東西 只要知道它負責開始和結束主功能 這就能決定程式的開始和結束 這就是指示 符合機械軟件的組成方式 這個指示說要把3移到這個記憶體位置 我們來開啟程式看看會發生什麼 正如我們預期的 3被移到這個記憶體位置 看來製作人決定 這個記憶體位置是機械軟件的存在 就這樣 製作人拿了我們的source code 說要把機械軟件的x 和3的數值組成 並把它轉成機械軟件 這就說要把3的數值移到這個記憶體位置 所以我們的程式現在有點無聊 如果我們把它改變的話會發生什麼 我們來加一條線 把x的數值移到3之後 我們把它移到x的現有數值的數值 加上1 現在我們把它轉到製作人身上 來製作一個新版本的機械軟件 製作人找到tokens 複製 並製作 看來只有一個新的指示 要把1的數值加到這個記憶體位置 畢竟這個位置是製作人決定的x的存在 複製x的數值 就等於複製這個記憶體位置存在的數值 來製作 3的數值出現在記憶體位置 定義為x的數值 然後數值就變成4 到目前為止 我們已經看到了 如何把variable assignment 和簡單的數學行為翻譯 但這並不簡單 對於if statement, loops, and functions 沒有機械指示 是直接的相似性 而是 我們需要模擬他們的行為 用存在的指示 我們先來做一個if statement 在一個if statement中 我們只會在這個格子中 如果這個條件是正確的 如果這個條件是錯誤的 我們就會跳過這個格子 在安裝中 格子裡面的指示 通常會被翻譯 但在此之前 我們會有一些指示 來評估這個條件 然後我們會有一個 conditional jump instruction 在這個情況下 我們會跳過這個格子 我們想跳過 但只有如果我們應該跳過 處理器會知道 我們應該跳過這個格子 根據前面的指示 這個指示 在處理器中暫時設定了一些標籤 讓我們可以記住結果 當我們到達這個conditional jump 跳過這個格子 如果我們不應該跳過 那處理器就會無視跳過 然後繼續正常 方便地在格子裡面執行 注意到這些機械指示 實際上都在做 和我們的if statement一樣的事情 我們來看看 如何跳過可以模擬 其他源源碼的行為 這裡有一個if else statement 只在這個格子中執行 如果這個條件是正確的 否則 在這個格子中執行 在組裝中 我們有一個格子 在第一個格子 和一個格子 在第二個格子 在第一個格子之前 我們有一個比較 和conditional jump 就像我們之前有的 在格子之間 我們有一個正常的 non-conditional jump instruction 這使得執行 跳過第二個格子 如果剛剛完成了第一個 這就是 if else statement 如果你想一下 然後還有一個while loop 只執行這個格子 如果這個條件是正確的 然後一直執行 重複重複 直到它不再是正確的 在組裝中 我們有格子的密碼 條件來評估這個條件 和跳過模擬這個loop 功能是比較複雜的 基本上 功能包含了一個密碼格子 使得它可以用在 多個部分的程式中 大部分程式師在外面 應該也知道 它們也能隔離現象 並且可以做循環 這就是它的類似 組裝密碼的樣子 我們來運行它 看看它能做什麼 按下功能呼叫 我們把所有的情境 儲存在記憶中 分配新空間在上面 執行功能呼叫 這可能會牽涉到 呼叫更多的功能 再跳回完成後 這使得功能 呼叫其他功能 甚至是自己 你只需要推動記憶 再跳回完成後 所以這就是組裝師的工作 他們拿你的源頭密碼 然後製作機械密碼 但是有一個問題 如果你將程式組裝在一臺電腦上 然後複製到另一臺電腦 然後試著運行 這可能不會成功 如果新的電腦 有不同的運行系統 或有不同的處理器模式 它可能會使用 不同的機械指令 所以如果你想你的程式 能夠運行到這臺新的電腦 你最好能夠組裝到 那臺電腦的機械密碼 如果你的程式的使用者 可能會運行你的軟件 在不同的平臺上 除非你正在分配源頭 你必須保留一張 每個平臺你想運行的 每 個 平臺 有些語言像是Java 藉此藉口 而不是機械密碼 Java會被組成 一種中間代表 叫做Bytecode 然後Bytecode 可以被發送到其他電腦 它會被轉換到 那些電腦的機械密碼 當程式運行 通過一個解釋器 這是一點點的妥協 你會有更好的運行性 雖然不夠有效 但無論如何 你寫的語言 是符合 一系列的處理器 和運行系統 你能想像 當年 電腦程式 是把組裝 甚至是機械密碼 放在打字卡上嗎 不僅你必須 找出對的洞 來打字 你甚至無法使用 你的程式 在不同的電腦模型上 因為另一個模型 期望你打不同的洞 現在的事情 有些好一點 你寫一個程式 複製 然後測試它的輸出和輸出 如果只有這麼簡單 全靠那些 寫特別程式的人 Compiler 但是 記得Compiler 是一個程式 如果人們用Compiler 來製作程式 Compiler是怎麼製作的 應該是寫了 然後複製成另一個語言 甚至是同一個語言 複製成一個Compiler 和前面的版本 如果我們跟著這個路線 某個時候 我們會達到 發展工具的起源 程式 寫在機械密碼上 幫助你寫別的程式 寫程式 就是在製作程式的過程中 電腦語言的歷史 是蠻複雜的 難怪要花幾十年 才能到現在的地步 記得 下一次你寫程式 我們有很多美麗的東西 例如標示文字 數位分析 物理程式 功能程式 圖書館 連接器 建造工具 和解析器 但還是很神奇 我們可以告訴我們的電腦 跟著我們的正確指令 按下一個按鈕 不 等等 我們成功了 按下一個按鈕 程式實在太難了