编程语言的巅峰境界

2023-02-26

寄存器老头儿小伙儿

“哇塞，怎么可能这么简单!”当C语言老头儿还是小伙子的时候，***次见到了汇编，发出了这么一声感慨。在C语言看来，这汇编的指令实在是太简单了，简单到了令人发指的地步，只有这么几类指令：数据传输类：就是把数据从一个位置复制到另外一个位置，比如从内存到寄存器，或者从寄存器到内存，或者从寄存器到寄存器。算

“哇塞，怎么可能这么简单!”

当C语言老头儿还是小伙子的时候，***次见到了汇编，发出了这么一声感慨。

在C语言看来，这汇编的指令实在是太简单了，简单到了令人发指的地步，只有这么几类指令：

数据传输类：

就是把数据从一个位置复制到另外一个位置，比如从内存到寄存器，或者从寄存器到内存，或者从寄存器到寄存器。

算术和逻辑运算类：

无非就是加减乘除，AND, OR, 左移，右移

控制类：

比较两个值，跳转到某一个位置。

汇编老头儿非常地骄傲，他经常嚣张地说：“别看我的指令这么简单，但是配合我的寄存器和内存，却能完成你们这些所谓的高级语言的所有功能!”

这寄存器是什么鬼? C语言脑海中只有内存和指针，根本就没有什么寄存器的概念，实际上，这是属于CPU阿甘的，容量有限，但是速度超级快的存储部件。

32位CPU寄存器
图片来源： http://pascalturbo.net/cpu-registers/

数组

C看着汇编这单薄的小身板，想到自己那优雅的if , 漂亮的while, for ，还有那极为重要的函数调用，心里不由得泛起嘀咕：我的程序怎么可能被编译成这么简单的汇编?

虽然心里有点瞧不上，但C小伙还是挺恭敬的：“前辈，在我这里有个数组的概念，编译成汇编是什么样?”

int num[10]; 
num[0] = 100; 
num[1] = 200; 
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除了机器语言，那就属汇编最老，连C语言的***个编译器都是用汇编写的，当之无愧的前辈。

汇编老头儿没想到C小伙儿连这个问题都没弄清楚，说道：“我这里只认寄存器和内存，你这所谓数组，就是内存的一段连续的空间嘛，我只要知道开始地址就可以了。”

C小伙儿一看，好家伙，连变量名num都不要了。不过说得也是，汇编老头只要记住初始地址，顺着地址就能找到所有东西。

“咦，这个什么0x000083d0不就相当于我的指针么? ”

“是啊，不过在我这里，都是地址，忘掉指针吧!”

条件分支

C小伙又想到了自己的if else，在汇编中该怎么处理?

if(x < y ){ 
   return y - x; 
} else { 
   return x -y ; 
} 
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汇编老头儿说：“你们这些高级语言啊，就爱搞复杂化，怎么不用goto呢?”

C小伙说：“goto 被迪杰斯特拉认为是有害的，会破坏结构化，不建议使用!”

“唉，简单就是美，你们这些高级语言懂不了，我这里很简单，就是比较和跳转指令，从一个地方跳到另外一个地方执行就行了。”

汇编老头儿一遍感慨，一遍写道：

我们假设

%eax 寄存器保存的是y的值,
%edx 寄存器保存的是x的值。

  cmpl %eax, %edx ;  比较x和y 
 
  jge   .L1       ;  如果x >= y，跳转到.L1处去执行 
 
  subl  %edx,%eax ;  计算y-x，结果存到eax寄存器中 
 
  jmp  .done      ;  跳转到.done标签处 
 
.L1: 
 
  subl %eax, %edx ;  计算 x-y 
 
  movl %edx, %eax ; 把结果存到eax寄存器中 
 
.done:            ; 计算结束，结果保存在eax寄存器中 
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(码农翻身注：这个例子来源于《深入理解计算机系统》)

C小伙儿看了半天，终于搞明白了这段汇编程序的含义，这所谓的jge也就是做一个判断，然后跳转到特定位置去执行，就像是if 和 goto 的结合。

汇编老头儿看到C小伙儿懂了，问道：“你想想你的while 循环，for 循环，是不是if 和 goto 的包装而已?”

C小伙儿想了一会：“确实是这样!”

“这不就结了，我的汇编看起来简单，但是却能表达你所有的流程控制语句，不管什么if else, while, for ，switch ，对吧?”

C小伙儿觉得汇编老头儿说的都是歪理：“这goto是简单，可是程序读起来就非常复杂了啊!”

汇编老头儿说：“你算是说道了点子上，所谓高级语言，主要是方便人类的编写和阅读的，是为了提升人类的效率。在我这里，主要是让CPU阿甘执行的，那傻小子，速度飞快，什么也不懂，你只要告诉它指令就行，越简单越好。”

没想到CPU阿甘听到了对它的嘲讽，不满地说：“老伙计，又在背后说我的坏话，我执行了亿万条指令以后，早就悟出了程序的局部性原理，这你懂不懂?”

(码农翻身注：详情参见《CPU阿甘》)

函数调用

C小伙看到不能难倒汇编老头儿，想到了自己可以定义函数，精神一振，问道：“函数调用你怎么处理啊?”

int funcA(int a){ 
    ...... 
    funcB(10) 
    ...... 
} 
 
int funcB(int b){ 
    ...... 
    funcC(); 
    ...... 
} 
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