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C语言与汇编语言有什么区别?
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专业芯片解密公司

时间 : 2021-07-27 15:55 浏览量 : 16

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以下我们讲讲C语言汇编语言的区别?


C语言与汇编语言的区别一直是程序员们津津乐道的话题。如果你问一个程序员这样的问题,他也许会这么回答你:“C语言可读性好,代码便于维护,便于开发;汇编语言编写的程序不容易看懂,可维护性不好,但是执行效率高。”这样回答是没有错的,但只是一个概括,不够深入。比方说,汇编语言为什么执行效率比C语言高呢?C语言的可读性又好在哪里呢?汇编语言不同样可以用注解来提高可读性吗?等等这些的问题。要真正能回答这些问题,不是一件简单的事情,也不是三言两语能解释得清的,需要比较彻底地分析汇编与C的本质上的区别。

汇编语言

先说汇编,写过汇编的程序员都知道,“汇编语言实质上机器语言的助记符。”这句话需要这样来解析:1.CPU只能运行它所支持的指令集,而这些指令集当中的每天条指令都是一些二进制数的序列,也就是“0”和“1”的有序组合;2.“0”和“1”的组合不便于程序员的记忆因此有了“MOV A 0x40”等这样的助记符,也就是说在程序员编写程序的时候,用“MOV A 0x40”来代替一串“0”和“1”的序列,这样一看就知道是吧“0x40”单元中的数据搬到累加器A当中来。而如果是用0”和“1”的序列,毫无特征,很难被程序员记住。这也是为什么要有汇编语言产生的原因了。


以上对汇编语言的解释基本上就道出了汇编语言的本质,知道了汇编语言的本质,我们不难理解,汇编语言编译成CPU可执行的机器语言其实只要做一个翻译的动作就好了,因为,助记符与对应的二进制指令是一一对应的。进而,我们再来解释为什么汇编语言会比C语言有更高的执行效率。


首先,我们要理解一点,类似于C的高级语言面对的对象是程序员,而不是CPU,为什么这样说呢?原因非常简单,CPU不认识C语言,CPU只认识以“0”“1”形式存在的指令。而C语言的所有语法以及它代码组织形式都是有助于程序员编写代码的。所以,C语言编写完程序后,需要通过编译器将C语言编译成与相应CPU指令集对应的机器语言。


问题来了,前面我们说过,汇编语言与机器语言是一一对应的。但是C语言呢?当然没这么好事了。C语言的语法是固定的,C语言编写的程序要编译成CPU能读懂的机器语言指令没办法一一对应,所以就需要有编译规则了。比方说一个for循环会有若干条实现对应for循环功能的机器指令对应,而一个switch,也相应会有机器指令段代替。所以C语言最终要编译机器代码,必须要遵从许许多多的这样的规则才行。


我试验过,用C编写一个简单的程序,比方说只包含一个for循环,编译出的代码和用汇编写的最优代码几乎是一样。但代码量一大,由于受制于规则(不受制也不行呀,否则编不出来),编出来的代码与用汇编语言写出来的代码相比就走了不少“弯路”了。虽然说,现在的很多C编译器在编译的时候都会有优化,但是,不可能做得到效率上等同于与机器语言一一对应的汇编语言的效率。毕竟,汇编语言可以理解为直接就是面对CPU的,只不过是机器语言用助记符代替而矣。


以上只是两种语言效率上区别的一个主要原因,其实,对于资源的利用上,汇编语言同样有优势。汇编是直接面对CPU的语言,只要是在指令集支持的范围内,汇编语言可以直接而灵活地管理包括特殊功能寄存器、通用寄存器、存储单元的每一个字节,甚至是每一个bit。C语言对内存的使用及管理功能也是很强大的,但毕竟还是受制于语法。


举个最简单的例子,C语言当中没有对应三字节或是五字节的变量类型,要么int型,要么long型,所以每次申请必须是固定的字节数,势必造成内存使用上的浪费。而大部份汇编语言根本没有这样的语法,在伪指令的帮助下(其实也只是提高可读性),汇编语言程序可以使用任意字节数的变量,当然处理起来比C语言麻烦得多,最终还是一个字节一个字节地拼接处理,而用C语言写程序就轻松了,不用管这些,最终编译器会搞定嘛。而轻松的代价就是造成了浪费。而内存使用效率不高同时也会影响到整个程序的整体效率。


汇编的最后部份,来说明一下伪批令这个东西吧。一个不善于用伪指令写汇编程序的程序员不是一个好的程序员,这就和写C语言不用宏是一个道理。伪批令存在价值在于他提高了汇编语言的可读性,同时也能简化汇编语言的编程。比方说最通用的创建立即数名称,而不是用二进制或十六进制数;创建数据表;ARM当中的创建全局及局部变量等。这个不多说了,针对于不同的MCU或CPU有不同的伪指令。


再来说说C吧,C语言丰富而实用的语句决定了C语言程序灵活性以及强大的代码组织能力。利用C语言,我们可以很方便地编写出庞大的工程,在版本管理工具的帮助下,可以很轻松地实现多人协作编程。特别是引入RT-OS以后,C语言的程序框架更加灵活了,添加功能(任务)更加轻松。因为,所有的任务的调控可以直接交给操作系统来做,而程序员需要做的是编写任务(含一个或多个功能模块)的内容,以及设置任务的优先级,堆栈数等等。而任务间的通信可以摆脱“全局变量”这个祸害,完全可以通过信号量、邮箱、队列等形式来沟通。为什么说“全局变量”是祸害呢?单程序量不大的时候,“全局变量”可能是好东西,因为方便嘛,哪都能改它,哪都能读它。


可是,一旦程序大了,源码文件一多,如果都习惯用全局变量来传递及存贮共用量的话,灾难就会降临。你会看到数以千计的全局变量在各各函数间纵横交错,如果这些变量不是你创建的,你会很难知道它的作用,因为系统太大了,它出现的地方太多了,而且,像这样的变量实在太多,你会因此而感到恐惧,相信很多有经验的程序员都经历过吧!然而,这将埋下系统崩溃级别的隐患。


因为,这些全局变量太多,而且出现在太多的地方,很难完全统计出哪些地方可能会修改它们,一量有遗漏,变量的值可能就会和我们想要的值有出入,后果非常严重。更有甚者,当全局变量是指向数组的指针或者是数组本身的时候。有的程序员可能对多得数不清的这些变量感到困惑,容易犯的一个错误是写这些全局数组时没有加以保护,经常都会写出数组的范围,而将其它无关的变量给莫名其妙地改了。导致的后果可能是出错,也有可能是死机,而且,由于这种问题极其隐蔽,很难找出来。


所以,在大的系统当中,幸亏有了OS这种东西的存在,它不但能帮我们摆脱全局变量这个祸害,而帮助程序员更加方便地组织各个功能模块。并且,让每个任务单一化,进而降低了程序编写的难度。而用汇编语言编写较大的工程,是困难重重的事情。


首先,必须面对上面提到的全局变量的问题,另外还得面对其它的困难,比方说内存的使用。在C语言里,程序员只要申请各种类型的变量然后就可以使用了,而具体用的是哪个单元的空间,交给编译器去管理就好了。而你用汇编语言写程序的时候,必须要指明所用内存的地址,问题来了,程序员不得不对所有内存的使用了如指掌,因为所有内存单元的使用都必须体现出来,这也是汇编语言的特点。当程序量一旦大到某种呈度的时候,规划这些内存的使用本身就是一个高难度的工作,因为同时你还得保证各个地方在使用它们的时候没有冲突。真的很难,我是有体会的。这时候,我们再想象一下,如果程序太大,我们要几个人来协作编写的话,问题就更加复杂了,因为,没有了编译器的帮忙,程序员之间要协商好内存使用的规则,这太难了,因为面对它们的只不过是一些数量庞大的地址空间,光是划分区域倒是简单,但涉及到程序间的交互很大的麻烦就来了,每个程序员必须提供各自的变量接口,因为汇编的可读性本来就差,这些接口包括了每一个可能共用的变量(在汇编中只是内存空间资源),以及说明它们的功能,这个工作量非常大,而且一旦做得不好,很容易出错,出了错还很难查。


用汇编编写程序还有很多比C困难的地方,再举一个简单的例子。汇编语言是低级语言,是机器语言面向程序员的一个一对一的翻译,所以对于程序员来说,它的功能不够丰富。在C语言里写一个(13200.68/98.56)*256.24的程序,可以直接就表示成"double a; a=(13200.68/98.56)*256.24;",而在汇编里就没这么轻松了,汇编里面一般都没有直接支持浮点运算的指令,通常情况下都是得专门编写一个函数来做浮点运算。结果就是汇编程序编写比C麻烦很多,而且还不直观。另外,用汇编语言编写程序对程序员的要求也更高,因为,程序员必须能撑握CPU或MCU的内存结构、总线结构、功能模块、堆栈系统、中断资源及机制等等,否则,是写不下去的。


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