簡介：與電腦溝通
你有沒有想過，當你點擊按鈕或玩遊戲時，電腦是如何準確知道該做什麼的？電腦並不懂英語或任何人類語言，它們只懂電力——即「開」或「關」。為了拉近我們與電腦之間的距離，我們會使用程式語言。在本節中，我們將探討這些語言的不同級別，以及那些將我們的指令轉化為電腦能理解的「翻譯官」。
高階語言與低階語言
程式語言的設計各不相同。有些旨在方便人類閱讀，而另一些則專門為電腦處理器（CPU）的運作需求而設計。
1. 高階語言
你在學校編寫的大多數程式（例如使用 Python）都是高階語言。它們的設計目標是「對人類友善」。
- 特點： 它們使用類似英語的詞彙（例如 print, if, while），並遵循邏輯結構。
- 可攜性： 它們具有可攜性（Portability），這意味著同一段程式碼通常可以在不同類型的電腦上運行（例如 Mac、Windows PC 或 Linux 機種）。
- 用途： 它們讓程式設計師能快速編寫複雜的程式，而不必擔心電腦硬體運作的細節。
例子：Python, Java, C++, 和 Javascript。
2. 低階語言
低階語言非常接近電腦硬體真正能理解的模式。主要分為兩類：
- 機器碼： 這是最底層的語言，完全由二進制（0 和 1）組成。這是 CPU 唯一能直接「閱讀」和執行的語言。
- 組合語言： 這是比機器碼高一級的語言。它使用短小的助記符（記憶輔助），如 ADD, SUB, 或 MOV。它通常用於特定的硬體任務，例如編寫微波爐或電子手錶的軟體。
低階語言的特點：
- 對人類來說非常難以閱讀和編寫。
- 不具備可攜性；為某種特定 CPU 編寫的程式碼，換了另一種 CPU 可能就無法運行。
- 它們賦予程式設計師對電腦記憶體和硬體的完全控制權。
別擔心，一開始覺得難是正常的！
試著這樣想：高階語言就像用英語跟朋友聊天；低階語言則像給機器人一份清單，詳細說明它需要轉動的每一個齒輪和觸發的每一根電線。
快速回顧：主要差異
高階語言：易於閱讀，具可攜性，需要轉換，運行速度較慢。
低階語言：難以閱讀，依賴特定硬體，運行速度非常快。
重點總結： 高階語言偏重人類的理解，而低階語言則偏重電腦硬體的執行效率。
翻譯官：編譯器與直譯器
由於 CPU 只能理解機器碼（0 和 1），任何用高階語言編寫的程式都必須經過翻譯。主要有兩種方式：使用編譯器（Compiler）或直譯器（Interpreter）。
1. 編譯器
編譯器會將整個原始碼（你寫的指令）一次過翻譯成一個可執行檔案（例如 .exe 檔）。
- 運作方式： 它會掃描整個程式，並產生一個完整的機器碼版本。
- 速度： 翻譯過程需要時間，但一旦完成，程式執行速度非常快。
- 隱私： 你不需要將原始碼發送給使用者，只需提供「編譯後」的機器碼即可。
- 錯誤處理： 如果程式中存在哪怕一個錯誤，編譯器也會停止，直到你修正所有問題後才能完成翻譯。
2. 直譯器
直譯器會將原始碼逐行翻譯，並立即執行。
- 運作方式： 它讀取第 1 行，翻譯並執行它，然後再進行第 2 行。
- 速度： 程式能立即開始執行，但因為它是「即時」翻譯，整體運行速度較慢。
- 除錯（Debugging）： 這對初學者非常友善！如果第 10 行有錯誤，程式會完美運行第 1-9 行，然後剛好在出錯的地方停止。
- 需求： 使用者的電腦必須安裝相應的直譯軟體才能運行該程式。
你知道嗎？
Python 就是一種直譯式語言！這就是為什麼你可以在整合開發環境（IDE）中立即執行程式碼，並逐行看到結果的原因。
兩者比較：一個比喻
想像你有一份法文食譜，但你只會說英語。
- 編譯器就像一位專業翻譯員，他將整份法文食譜翻譯成一本完整的英文食譜。之後你隨時可以使用這份英文版本，翻譯員不必在場。
- 直譯器則像一位坐在你廚房的朋友。他讀法文的一行，告訴你英文意思，等你做完該步驟，再繼續下一行。如果他遇到不懂的單字，他就會立刻停下來！
常見誤區
學生常誤以為編譯器會「執行」程式。事實並非如此！它只是創建了一個之後可以執行的獨立檔案。是直譯器才會在翻譯的同時執行程式碼。
重點總結： 編譯器一次過翻譯所有內容以生成快速、獨立的檔案。直譯器則逐行翻譯，因此更適合測試和尋找錯誤。
第 3.3 單元總結
- 高階語言（如 Python）類似英語，並可在不同電腦間移植。
- 低階語言（機器碼和組合語言）對人類來說很難，但對 CPU 來說運作很快。
- 機器碼是 CPU 唯一能理解的東西（二進制）。
- 編譯器將整個程式一次過翻譯，產生執行速度快的檔案。
- 直譯器逐行翻譯，速度較慢，但讓尋找錯誤（除錯）變得容易得多。