0.1 คอมพิวเตอร์อ่านโค้ดเรายังไง

คอมพิวเตอร์ไม่รู้จักภาษา C

ข้างในคอมพิวเตอร์มีแค่สัญญาณไฟฟ้าเปิดกับปิด เขียนแทนด้วย 1 กับ 0 คำสั่งที่ CPU ทำได้จริงจึงเป็นตัวเลขฐานสองยาวๆ เรียกว่า ภาษาเครื่อง (machine code)

01010101 01001000 10001001 11100101 ...

คนเขียนแบบนี้ไม่ไหว เราเลยเขียนเป็นภาษาที่คนอ่านออก เช่นภาษา C

printf("Hello, World!\n");

แล้วให้โปรแกรมอีกตัวช่วย แปล เป็นภาษาเครื่อง ตัวแปลมีสองแบบใหญ่ๆ

ตัวแปลแบบที่ 1 compiler

compiler อ่านโค้ด ทั้งไฟล์ แปลเป็นภาษาเครื่องให้เสร็จก่อน ได้ออกมาเป็นไฟล์โปรแกรม (บน Windows คือไฟล์ .exe) จากนั้นค่อยรันไฟล์นั้น

เหมือนจ้างคนแปลหนังสือทั้งเล่มจนเสร็จ แล้วเราค่อยอ่านฉบับแปล อ่านซ้ำกี่รอบก็ไม่ต้องแปลใหม่

ภาษาที่ใช้ compiler เช่น C และ C++

ตัวแปลแบบที่ 2 interpreter

interpreter แปลไปทำไป ทุกครั้งที่สั่งรัน ไม่มีไฟล์ .exe เกิดขึ้น Python ตรวจไวยากรณ์ทั้งไฟล์ก่อนเริ่ม แล้วทำตามคำสั่งทีละบรรทัด

เหมือนมีล่ามยืนข้างๆ คอยแปลให้ฟังทีละประโยค เริ่มได้ทันที แต่ทุกครั้งที่ฟังใหม่ ล่ามต้องแปลใหม่ทุกประโยค

ภาษาที่ใช้ interpreter เช่น Python

ต่างกันยังไง

เร็วกว่ากันแค่ไหน

ลองให้ทั้งสองภาษาวนลูป 100 ล้านรอบแบบเดียวกัน รอบละหนึ่งคำสั่งคือ s += i % 7 (บวกเศษจากการหาร i ด้วย 7 เข้าไปใน s) บนโน้ตบุ๊กที่ใช้เขียนเอกสารนี้ ภาษา C คอมไพล์แบบ -O2 ที่ระบบตรวจมักใช้ (อธิบายในหน้า 4.5) Python รุ่น 3.13 จับเวลาเฉพาะช่วงลูป รันอย่างละ 5 ครั้งแล้วเอาค่ากลาง

C เร็วกว่าราว 100 เท่า ตัวเลขบนเครื่องน้องจะไม่เท่านี้ แต่ห่างกันระดับนี้เหมือนกัน หน้า 4.5 จะวัดลูปแบบอื่นอีก ลูปที่มีแค่การบวกเร็วกว่านี้ ลูปที่หารด้วยตัวแปรช้ากว่านี้

ทำไมค่ายนี้ใช้ภาษา C

1. โจทย์แข่งขันจำกัดเวลา โปรแกรมต้องตอบให้ทันภายในเวลาที่โจทย์กำหนด ซึ่งมักแค่ 1 วินาที ภาษาที่รันเร็วได้เปรียบมาก
2. เห็นว่าคอมพิวเตอร์ทำงานจริงยังไง C ไม่ซ่อนอะไรไว้มาก น้องจะเข้าใจเรื่องหน่วยความจำ ชนิดข้อมูล และขนาดของตัวเลข ซึ่งเป็นพื้นฐานของทุกภาษา
3. เป็นฐานของ C++ C++ ต่อยอดมาจาก C เกือบทั้งหมด เรียน C ให้แน่นก่อน ตอนขึ้น C++ จะเหมือนได้เครื่องมือเพิ่ม ไม่ใช่เริ่มใหม่

C กับ C++ ใช้ตัวแปลตัวไหน

ทั้งสองภาษาใช้ชุด compiler เดียวกันชื่อ GCC ซึ่งมากับ Code::Blocks ที่จะติดตั้งในหน้าถัดไป

Code::Blocks ดูนามสกุลไฟล์แล้วเลือกตัวแปลให้เอง น้องมีหน้าที่อย่างเดียวคือ ตั้งชื่อไฟล์ให้ลงท้ายถูก ช่วงนี้เราเขียน C ไฟล์ทุกไฟล์ต้องลงท้ายด้วย .c

สรุป

• CPU เข้าใจแค่ภาษาเครื่อง โค้ดภาษา C ต้องถูกแปลก่อน
• compiler แปลทั้งไฟล์ได้ .exe แล้วค่อยรัน interpreter แปลไปทำไป
• ภาษา C รันเร็วกว่า Python ราวร้อยเท่าในลูปที่วัด จึงเหมาะกับโจทย์ที่จำกัดเวลา
• C ใช้ gcc C++ ใช้ g++ ไฟล์ภาษา C ต้องลงท้ายด้วย .c