计算机科学导论：跨学科方法

6.3　机器语言编程

在本节中，我们将继续描述如何在TOY中实现我们在本书前面所学习的Java语言机制，并完成一些TOY计算机上有趣的编程任务。我们的主要目标是让你相信，TOY编程与Java编程一样有趣、令人满意，TOY比想象的要强大得多。

具体来说，我们会学习如何在TOY的程序中实现函数、数组、标准输入输出和链接结构，也就是我们前面学过的编程的基本构建块。理论上，这些结构表明可以开发与我们编写的任何Java程序相对应的机器语言程序。事实上也确实是这样的，因为Java编译器就是这样做的。

当然，在资源方面可能会存在限制。我们真的能用4096位的内存完成实际的计算任务吗？本节的目标之一就是说服你，我们当然可以。不过，技术的进步已经使这种限制变得很小。在6.4节中，我们将讨论TOY的扩展，使它在这方面看起来更像是一个现代计算机，但不会改变编程模型。在这样的机器上，你当然可以编写TOY程序来执行任何计算任务，就像你编写Java程序在你的计算机上执行的计算一样。

在实践层面上，你会发现用机器语言实现各种任务都是切实可行的。实际上，许多早期的应用程序就是这样实现的，而且这种状况维持了很多年，因为当时使用高级语言的性能损失太大了。事实上，大多数这样的代码是用汇编语言（assembly language）编写的，汇编语言类似于机器语言，只是它允许操作码、寄存器和内存位置使用特定的符号名称（见练习6.4.13）来表示。在20世纪70年代，用汇编语言写就的、可以扩展到数以万行计的代码并不罕见。所以我们也是在回顾历史，但即使是现在，人们也会为性能关键的应用程序编写这样的代码。

最重要的是，我们的目标是让你了解计算机在运行程序时具体做了什么。

函数　在条件和循环之后，我们在第2章中学习的下一个控制流结构就是函数（function）。TOY的跳转指令是为此目的而设计的。实现函数的方式有很多种，由于我们的主要目标是展示这个概念，所以我们选择其中最简单的一种方法来进行。要实现一个函数，我们必须： ...