Низкий уровень программирования пример

[Введение в низкоуровневое программирование

Низкоуровневое программирование — это тип программирования, приближенный к аппаратному, то есть использующий языки программирования, очень близкие к машинному языку. Программирование на низкоуровневых языках позволяет полностью контролировать ресурсы машины; вы можете напрямую обращаться к регистрам, памяти и кэшу, а также выделять пространство в памяти.

Как выполняется программа?

Сначала код компилируется из языка высокого уровня в язык низкого уровня. После этого этот низкоуровневый код должен быть собран и скомпонован.

Учитывая эти шаги, код может быть выполнен, но выполнение также имеет некоторые шаги, а именно:

1. Получить
2. Декодировать
3. Выполнить
4. Переместите указатель на следующую инструкцию
5. Вернитесь к первому шагу

Что такое языки высокого уровня?

Высокоуровневые языки программирования — это языки, которые, грубо говоря, ближе к человеческому языку, чем к машинному. Как правило, большинство терминов в них написано на английском языке и не требует прямого манипулирования памятью и регистрами.

Примеры языков программирования высокого уровня

Примеры языков программирования низкого уровня

Являются ли C и C++ языками высокого уровня?

Многие люди приходят в замешательство, когда слышат, что C и C++ — языки высокого уровня, это происходит потому, что эти языки считаются «сложными» и «трудными». Если рассматривать формальное определение, то да, они считаются языками высокого уровня, потому что они гораздо ближе к английскому языку, чем к ассемблеру, и не требуют прямого манипулирования памятью и регистрами; КАК БЫ то ни было, это возможно.

Однако если вы сравните, например, C или C++ с Python или JavaScript, то разница будет огромной настолько, что их можно будет считать языками низкого уровня. Однако если сравнить эти же языки с Ассемблером или двоичным кодом, то они считаются языками высокого уровня.

Официально эти языки относятся к языкам высокого уровня, но из-за этого вопроса перспективы я предпочитаю считать их языками промежуточного уровня.

Что такое Ассамблея и как она работает?

Ассемблер — это язык ассемблера, он классифицируется как язык низкого уровня. Ассемблер не компилируется и не интерпретируется, он ассемблируется. Когда мы говорим, что язык является «ассемблером» или «собранным», это означает, что для каждого слова в этом языке существует точный бинар, идентичный, поэтому нет перевода, только ассоциация между пневмоникой (словами) и соответствующим бинаром.

Ассемблер — это язык, однако он имеет множество разновидностей, поскольку, будучи языком, чрезвычайно близким к машине, он зависит от архитектуры компьютера. Существует множество типов Ассемблера для различных архитектур, 16 бит, 32 бит, 64 бит, Intel, ARM и т.д. Вот почему мы называем языки низкого уровня «непортативными».

Программа, отвечающая за сборку ассемблерного кода в двоичный, называется Ассемблером, и, как уже говорилось, каждый Ассемблер отличается в зависимости от архитектуры машины.

Генерация кода низкого уровня

Рассмотрим сравнительный пример низкоуровневого кода (Ассемблер) и кода на языке C. Очень простой алгоритм — пузырьковая сортировка, широко используемая для сортировки массивов. Код на языке Си для этого алгоритма выглядит следующим образом:

#include void print_array(int arr[], int arr_length)  for (int k = 0; k  arr_length; k++)  printf("%d, ", arr[k]); > > void bubblesort(int arr[], int arr_length)  int swap; for (int i = 0; i  arr_length; i++)  printf("n[%d] ", i+1); for (int j = 0; j  arr_length; j++)  if (arr[j] > arr[j+1])  swap = arr[j]; arr[j] = arr[j+1]; arr[j+1] = swap; > > print_array(arr, arr_length); > printf("n"); > int main()  int arr[25] =  -223, -12, -1000, -90, -3, 40, 55, 11, 32, 67, 5, 74, 89, 38, 66, 27, 36, 79, 99, 2, 0, 1, 100, 282, 370>; int arr_length = sizeof arr / sizeof *arr; bubblesort(arr, arr_length); return 0; > 

Этот код C для многих уже не считается простым, но он по-прежнему очень нагляден и ближе к английскому, чем к машинному языку. Теперь выполним следующую команду:

gcc bubble_sort.c -o bubble_sort.o && objdump -S --disassemble bubble_sort.o > bubble_sort.asm 

Приведенная выше команда компилирует C-код и генерирует исполняемый файл в машинном коде, вторая часть команды генерирует ассемблерный код из исполняемого файла. Откройте файл bubble_sort.asm и посмотрите, что произошло. Простой код алгоритма пузырьковой сортировки на Ассемблере содержит более 300 строк, а код на Си — всего 30 строк.

Заключение

Теперь вы знаете немного больше о низкоуровневом программировании, вы можете продолжить обучение в этой области или вернуться к языкам высокого уровня. Программирование на низком уровне гораздо сложнее и скучнее, чем программирование на высоком уровне, однако важно знать хотя бы основы, это позволит вам лучше понять, как работают компьютеры, компиляторы, интерпретаторы и различные архитектуры.

Источник