一切都要从二进制、字节码说起

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二进制

自古以来，就有太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦的文化传说。天与地，明与暗，是与非，有与无，宇宙万物貌似都是在这两个极端之间存在的。然而在计算机的世界里，这个世界又是怎样存在的呢，对的，就是用二进制来表示的。

转化

十进制转二进制

250除二取余数，后面的余数居最高位，得11111010

十进制转八进制

250除八取余数，后面的余数居最高位，得372

二进制转八进制

11111010补全前面的位数，9位（3的倍数）得011 111 010，得372

表示

数据在计算机中是通常是用二进制表示的，但是当加减运算时，是通过补码的方式来表示的，表示方式有原码与反码，补码。

  • 正数的原码与反码，补码都相同，即它的二进制数
  • 负数的补码稍微复杂一些。【所有的数据运算都是采用补码进行的】

负数补码的推算

  • 方法一：直接推算法

    利用原码加上补码等于0的特性，比如：5的二进制为0101+（-5的补码）=0（十进制）,得-5的补码为1111 1011

  • 方法二：公式推算法

    负数的补码=正数的二进制取反+1, 比如5的二进制取反为11111010，+1之后，得1111 1011

计算机语言

介绍完二进制后，我们来了解一下有哪些计算语言

定义

是指用于人与计算机之间通讯的一种特殊语言，是人与计算机之间传递消息的媒介。

分类

低级语言
机器语言

直接用二进制指令表达。指令是用0和1组成的一长串代码。有一定的位数，并分成若干段，各段的编码表示不同的含义。

汇编语言

使用一些特殊的符号代替机器语言的二进制码（又称符号语言），计算机不能直接识别，需要用一种软件将汇编语言翻译成机器语言，依赖于硬件体系，开发难度较大。

高级语言

高级语言是相对于低级语言来说的，高级语言是按照人的思维编写出来的语言，比如C语言、C++、JAVA、Python等，其可读性高，但执行效率较低级语言低，编写的程序叫作源程序。

那么问题来了，对于高级语言，如果程序想运行，必须翻译成计算机能识别的低级语言才行，那么，高级语言是怎么翻译的呢？这就要借助编译器或者解析器了。

翻译语言

分类

编译型语言

如图所示，程序执行之前，有一个单独的编译过程，将程序翻译成机器语言，以后执行这个程序的时候（.exe），就不用再进行翻译了。这类语言编写的程序启动稍慢，执行稍快。比如C语言、C++

解释型语言

不需要编译，运行时使用一个专用的解释器去翻译，每一条语句都是执行的时候才翻译，所以这类程序每执行一次就要翻译一次，这类语言编写的程序启动稍快，执行稍慢。比如Python

混合型语言

混合型语言，比如java，对源码进行编译后能得到class字节码文件，然后JVM拿到文件后会进行解释成C++语言，然后通过C++编译器编译成汇编语言。具体情况如下图：

适用场景

  • 运行速度要求高,优选编译型。比如C语言做游戏开发
  • 跨平台性，优选解释型，java主要用于做企业平台

字节码

用IDE编写好JAVA源代码之后，会自动编译成class文件（字节码文件），里面存放的是Class类的信息【这里并不是将程序编译成机器语言，可以将字节码文件看作中间语言，在程序运行时，由JVM将字节码再翻译成机器语言】

跨平台性

正是由于有class字节码的存在，才使得编程语言迈入一个新的世纪，java语言成为跨平台的语言。跨平台就是一次编译，到处执行( Write Once ,Run Anywhere)。只要机器安装好了JVM，一切编译好的class文件就能够运行。而像C语言就不行，必须在指定的操作系统上运行的。JVM只是一个中间桥梁，操作系统要运行java程序，就必须安装一个对应版本的虚拟机。程序执行的时候，JVM会将class文件load进内存中，翻译成机器语言执行，从源码编译成字节码，再由字节码转机器语言的过程，java语言规范起了奠定性作用。

因此

跨平台性 = java语言规范 + class文件 + JVM虚拟机

目前支持跨平台的语言有

运行机制

jvm会加载class文件进内存，java一般默认是混合模式编译，即解释器+热点代码编译，起始阶段采用解释执行，对于多次调用的方法或者循环，采用JIT即时编译。

我们可以手动配置jvm使用什么模式：

-Xmixed 默认为混合模式，开始解释执行，启动速度较快，对热点代码实行检测和编译

-Xint 使用解释模式，启动很快，执行稍慢

-Xcomp 使用纯编译模式，执行很快，启动很慢

Java模型

JVM：Java虚拟机（Java Virtual Machine）它是运行所有Java程序的虚拟计算机，好比是街机游戏的模拟器。

JRE：Java运行环境（Java Runtime Environment）如果要运行Java程序，就需要JRE，JRE里包含JVM和java类库。

JDK：Java开发工具（Java Development Kit）包含开发Java程序的所有工具(javac、java)，JDK里包含JRE和开发调试工具。