编程语言执行方式与类型系统全解析

一、编译型与解释型语言

编译型语言在程序执行前，需要通过编译器（Compiler）将源代码一次性转换为目标机器码，生成可执行的二进制文件（如.exe、.out）。该过程包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成与优化等多个阶段。编译后的程序可直接由CPU执行，无需源代码或编译器参与。

// 示例：C语言（编译型）
#include <stdio.h>
int main() {
    printf("Hello, World!");
    return 0;
}

编译命令：gcc hello.c -o hello，生成可执行文件 hello。

解释型语言不生成目标机器码，而是通过解释器（Interpreter）逐行读取、解析并执行源码。执行过程依赖解释器，源代码在运行时动态翻译。

# 示例：Python（解释型）
print("Hello, World!")

执行命令：python hello.py，由Python解释器逐行解析执行。

现代语言如 Java、C# 采用折中方案：

// 示例：Java（编译为字节码 + JVM执行）
public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, World!");
    }
}

编译：javac Hello.java → 生成 Hello.class
执行：java Hello → JVM加载并执行字节码

优势：平衡执行效率与跨平台能力；JIT编译器可动态优化高频代码。

静态类型语言要求变量类型在编译时确定且不可变更，通常需显式声明类型。类型检查在编译阶段完成。

// Java示例：静态类型
int num = 10;      // 编译时确定为int类型
num = "text";      // 编译错误：类型不匹配

动态类型语言中变量类型在运行时动态推断，同一变量可被重新赋值为不同类型。

# Python示例：动态类型
x = 10       # 类型为int
x = "text"   # 合法，运行时类型变为str
x = [1,2,3]  # 合法，变为list

TypeScript：为 JavaScript 添加静态类型注解和编译时类型检查。

function greet(name: string): string {
    return `Hello, ${name}`;
}
greet(123); // 编译错误：类型不匹配

Python 类型提示（3.5+）：支持可选类型注解，工具可进行检查但不强制。

def add(a: int, b: int) -> int:
    return a + b
add(1, 2)     # 正常
add("a", "b") # 运行时才报错

Rust：静态类型但支持强大的类型推断，多数情况无需显式写类型。
let x = 10; // 编译器推断为i32
let y = "txt"; // 推断为&str