主流编程语言的底层实现是什么以及gcc,clang,llvm等编译器的区别

文章目录

- 一、前言
- 二、c和c++和c#的区别
- 三、各主流语言的底层实现
- - 1、python的底层实现
  - [2、 java的底层实现](#2、 java的底层实现 "#2_java_49")
  - 3、php的底层实现
  - 4、js的底层实现
  - 5、node是用什么语言写的
  - 6、golang是用什么语言写的
  - 7、rust是用什么语言写的
  - 8、.NET是编程语言吗？是的话底层是用什么写的
  - 9、object-C的底层是用什么写的
- 四、编译器GCC和Clang和LLVM
- - 1、clang，clang++gcc,gcc++
  - 2、gcc和LLVM
  - [3、关于LLVM IR](#3、关于LLVM IR "#3LLVM_IR_121")

一、前言

跟朋友聊天的时候，说到js的底层实现是什么,c/c++还是其他的，一顿好奇之后疯狂百度，顺带也查查python,go,java这些高级语言的底层实现，还是挺有意思的。

顺带又查了下gcc和LLVM编译器，emmmm,只能说学无止境。。。

二、c和c++和c#的区别

1、高级语言和低级语言

参考：
计算机语言的几种分类
 计算机语言发展简史

低级语言： 如机器码（machine language）、汇编(伪机器语言)和符号语言是属于低级语言；

高级语言： C、C++ 、C#、pascal、python、lisp、prolog、FoxPro、Objective-C 、Swift 、java、php等是属于高级语言。

机器码： 计算机能够直接识别的二级制编码，无论语言多高级都要转成二级制文件来让计算机识别运行。

汇编： 用助记符（Mnemonics）代替机器指令的操作码，用地址符号（Symbol）或标号（Label）代替指令或操作数的地址，在不同的设备中有着不同的指令集

高级语言与低级语言的区别：高级语言大部分不能直接更硬件打交道，这使得相对来的程序运行速度降低，总之一句话来说那种语言更接近人性化的语言就更高级。

2、c 和 c++ 和 c#的区别

（1）C语言

C是完全面向过程的语言，用于开发规模较小的程序效率很高，但是程序较大，就显得代码量多，编写效率下降了。

二十世纪八十年代，为了避免各开发厂商用的C语言语法产生差异，由美国国家标准局为C语言订定了一套完整的国际标准语法，称为ANSI C，作为C语言最初的标准。

由于标准的存在，使得几乎同样的C代码可用于多种操作系统，如Windows、DOS、UNIX等等；也适用于多种机型。C语言对编写需要进行硬件操作的场合，优于其它高级语言。

（2）C++

C++是半面相对象的，引入了类的封装性、继承性、多态性大大简化程序编写，提到了代码重用率。
c和c++的关系： C++既面向过程又面向对象，而且她继承了C语言的所有优点，又对C语言功能做了很多扩充，可以认为C++就是C的增强版。

（3）C#
C#是完全面向对象的语言，简单易学，开发效率非常高。C#不支持多重继承，这是与C++明显区别的地方。在标准的C#安全代码中不支持指针类型的操作。C#是微软公司发布的一种由C和C++衍生出来的面向对象的编程语言、运行于.NET Framework和.NET Core(完全开源，跨平台)之上的高级程序设计语言。

三、各主流语言的底层实现

高级语言的底层实现，主要是看它的编译器或者解释器是用什么语言写的，这些编译器把高级语言编译成了机器码。

1、python的底层实现

用 C 语言编写实现的 Python，又称为 CPython。平时我们所讨论的 Python，指的其实就是 CPython。除了用 C 语言实现外，Python 还有其他的实现方式。例如，用 Java 语言实现的 Python 称为 JPython，用 .net 实现的 Python 称为 IronPython 等等。

2、 java的底层实现

java是运行在java虚拟机上的，java虚拟机是c/c++实现的，因此可以说java的底层是c/c++。

3、php的底层实现

参考：php底层是什么语言
php的底层是c语言。我们都知道php是运行在zend引擎上的，zend引擎是纯C实现，是PHP的内核部分，它将PHP代码翻译（词法、语法解析等一系列编译过程）为可执行opcode的处理并实现相应的处理方法、实现了基本的数据结构（如hashtable、oo）、内存分配及管理、提供了相应的api方法供外部调用，是一切的核心，所有的外围功能均围绕Zend实现。

4、js的底层实现

参考：js是用什么语言编写实现的
js是运行在浏览器上的，比如针对pc端来说，一般浏览器引擎是c/c++开发的，比如v8引擎因此可以说js的底层是c/c++。

但是对于手机端浏览器，可能安卓是用java写的，ios是用objectC写的，因此不能直接下定论，只能根据浏览器的引擎语言实现来说。

5、node是用什么语言写的

参考：node.js底层是什么语言
node.js 使用C++开发的。它是JS运行平台(运行环境)。它的语法就是javascript，区别在它是运行在服务器上的。证据 :node的源码在 GitHub网站上 , 项目根目录的src文件夹下很多以 .cc 后缀结尾的文件里有class字眼 ( C++有class而C没有 )

6、golang是用什么语言写的

参考：baijiahao.baidu.com/s?id=166686...
golang本身是用什么语言写的？

早期Go是用汇编语言和C语言实现的，后来Go成熟了之后，Go语言就开始自举、用早期版本重写了Go语言编译器。
Go语言是效率很高的编程语言，比Java、C#、PHP、Python这些基于虚拟机以及解释性语言性能要好、资源使用效率也更高。go编译器可以直接把生成的汇编语言转换成机器码，不需要像其他高级语言还需要转换一遍，因此效率非常高。

7、rust是用什么语言写的

Rust编译器后端用的LLVM，LLVM官方提供支持的有C++和OCaml两种，Rust的开发者选择了OCaml实现了初版编译器，目前已经完全自举了。linux内核目前支持用rust去重构C程序，说明大佬们还是很看好rust的。

8、.NET是编程语言吗？是的话底层是用什么写的

.net是一个平台，在这个平台里边可以用很多语言来开发，比如：c# ，vb，F#，j# 等等。netcore是微软新开发的全新的可以跨平台的平台框架，同样netcore中可以用多种语言开发
C#是.net平台下的一门语言而已，而且是.net平台主推的开发语言，很优秀，而且性能很高

9、object-C的底层是用什么写的

Objective-C 是一种通用、高级、面向对象的编程语言。它扩展了标准的 ANSI C 编程语言，将 Smalltalk 式的消息传递机制加入到 ANSI C 中。目前主要支持的编译器有 GCC 和 Clang。是扩充C的面向对象编程语言，主要使用在Mac OS X系统中，Objective-C的流行归功于iPhone的成功。编写iPhone应用程序的主要编程语言是Objective-C。

四、编译器GCC和Clang和LLVM

参考：
【编译原理】GCC/Clang/LLVM的区别与联系
 gcc/g++/clang，相当于javac:
GCC vs Clang: 两大编译器巨头的龙争虎斗

具体细节可以参照这三篇文章。

GCC是传统的编译器（该模型同样适用于解释器和JIT 编译器），主要工作原理分为三段式：

cpp 复制代码

（1）前端：解析源代码、检查语法错误、翻译为抽象的语法树
（2）优化器：将抽象语法树翻译生成中间代码，并对中间代码进行优化
（3）后端：将优化器优化后的中间代码转换为目标机器的代码，通用功能包括指令选择、寄存器分配和指令调度

简单来说：

1、clang，clang++gcc,gcc++

clang和gcc是比较早期的编译器，主要是对c的支持，也可以编译c++。
clang++和g++是专门编译c++程序的,编译的时候会自动链接c++标准库stl
注意： clang的错误提示更人性化，其中错误的语法不但有源码提示，还会在错误的调用和相关上下文的下方有~~~~~和^的提示，相比之下 GCC 的提示很天书。

2、gcc和LLVM

LLVM是为了解决gcc编译代码无法复用问题，LLVM一上来就站在比较高的角度，制定了LLVM IR这一中间代码表示语言。LLVM IR充分考虑了各种应用场景，例如在IDE中调用LLVM进行实时的代码语法检查，对静态语言、动态语言的编译、优化等。
注意： gdb调试器是gcc自带的，LLVM是LLDB 调试器

3、关于LLVM IR

参考：
LLVM 相比于 JVM，有哪些技术优势？
IR和ByteCode有什么区别？

我们知道LLVM IR是有特定规范的中间代码，java的byteCode也是中间代码，他们之间有什么区别呢？有兴趣的可以参考下以上链接。
答案是：Bytecode（字节码）是一种IR（中间表示）的形式。

关于编译原理，内容实在是太多了，感兴趣的同学可以根据这些关键词自行搜索学习，博主这里只是科普下，有个印象就行。

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