Câu trả lời ngắn: Chương trình máy tính đưa ra chỉ thị để máy tính của bạn làm việc. Câu trả lời này đúng, nhưng nếu chỉ tới đó thôi thì chưa đủ để giải thích nhiều hiện tượng trong lập trình.

Câu trả lời dài sẽ là như thế này:

Máy tính của bạn chỉ hiểu được đúng hai trạng thái bật và tắt. Một chiếc máy tính thật ra chỉ là một tập hợp tầm vài tỷ transistor, và bất cứ những gì nó có thể làm được đều là nhờ việc bật tắt các transistor một cách hợp lý. Chúng ta sử dụng mã nhị phân (binary code) 0 và 1 để mã hóa các trạng thái bật và tắt đó - mỗi tập hợp 8 bit 0 - 1 sẽ tương ứng với 8 transistor và bằng 1 byte.

Tất nhiên, vấn đề nảy sinh là chúng ta không thể viết hết chỗ binary code bằng sức trâu được. Và đây lý do tại sao các ngôn ngữ lập trình ra đời.

Ngôn ngữ lập trình

Đây là ví dụ cho một đoạn code C++

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    cout << "Hello World!";
    return 0;
}

Định nghĩa đơn giản thì một ngôn ngữ lập trình là một tập hợp các quy tắc ngữ pháp quy định cách viết code theo ngôn ngữ đó. Hàng nghìn ngôn ngữ lập trình ra đời giúp cho chúng ta có thể viết ra ứng dụng, trang web, chế tạo robot, vân vân… một cách đơn giản và tiện lợi thay vì phải đụng chạm tới binary code.

Ngôn ngữ bậc thấp và ngôn ngữ bậc cao

Ngôn ngữ bậc thấp thì đơn giản và gần hơn so với binary code, trong khi ngôn ngữ bậc cao lại phức tạp hơn và có nhiều tính năng hơn. Ngôn ngữ bậc thấp viết ra chương trình chạy nhanh hơn, trong khi ngôn ngữ bậc cao thì dễ viết hơn vì chúng gần gũi hơn với ngôn ngữ tự nhiên của con người.

Phần lớn ngôn ngữ lập trình dùng trong sản xuất là ngôn ngữ bậc cao. C++ được đánh giá là ngôn ngữ bậc trung, vì nó bao gồm tính năng của cả hai chuẩn ngôn ngữ trên.

Tại sao chúng ta có nhiều ngôn ngữ lập trình đến thế?

Lý do đầu tiên, đó là do mỗi ngôn ngữ có điểm mạnh và điểm yếu của nó. Ruby và Javascript thích hợp cho việc phát triển website. Java và C++ thường được sử dụng cho việc phát triển ứng dụng kinh doanh - kiểm toán. Python và R được sử dụng trong phân tích dữ liệu, vân vân…

Lý do thứ hai, một ngôn ngữ phát triển được là nhờ có cộng đồng xung quanh hộ trợ cho nó. Stack Overflow sử dụng C#, vì đó là ngôn ngữ mà các nhà sáng lập ra trang web biết. Các ngôn ngữ như Java hay C++ được sử dụng nhiều, bởi vì có một số lượng khổng lồ thư viện và công cụ xây dựng xung quanh chúng, bởi những người sử dụng chúng. Các tổ chức và công ty công nghệ cũng chi tiền để đầu tư cho các ngôn ngữ lập trình của riêng họ. Kết quả là số lượng ngôn ngữ lập trình ngày càng gia tăng.

Lý do cuối cùng, đó là sở thích của mỗi lập trình viên. Ngôn ngữ lập trình suy cho cùng cũng là một ngôn ngữ để con người diễn đạt ý tưởng của mình cho máy tính hiểu. Chỉ riêng với công việc làm web thôi, bạn có thể sử dụng Ruby, Java, Python, C#, Go, JavaScript, nhiều lắm… Mỗi người có một khẩu vị khác nhau, và điều đó giúp cho các ngôn ngữ lập trình đa dạng hơn.

Chương trình

Một chương trình máy tính thực chất chỉ là một file văn bản, được viết bằng một ngôn ngữ lập trình. Đoạn code trong chương trình máy tính được gọi là mã nguồn (source code). Mỗi ngôn ngữ lập trình có một số định dạng mở rộng nhất định cho file chương trình của mình, ví dụ như .cpp của C++ hoặc .py của Python.

Để viết một file chương trình, bạn chỉ cần một chương trình soạn thảo văn bản đơn giản (như Notepad – trình soạn thảo văn bản cài sẵn trên hệ điều hành Windows), viết source code vào đó và lưu lại ở định dạng tương ứng.

Trong lập trình thực tế, chúng ta sử dụng các IDE (Integrated development environment, phần mềm môi trường phát triển tích hợp) để viết chương trình một cách tiện lợi. Các chương trình IDE thường tích hợp các tính năng như trình dịch chương trình (complier), trình debug, gợi ý cú pháp, vân vân… ngay trong chương trình để người dùng có thể soạn thảo chương trình dễ dàng hơn. Một số IDE nổi tiếng bao gồm Visual Studio của Microsoft, IntelliJ IDEA hay PyCharm của JetBrains, vv…

Trong series bài viết này, chúng ta sử dụng Code::Blocks IDE để viết chương trình C++.

Làm sao để chạy các chương trình được viết ra?

Điều này tùy vào từng ngôn ngữ lập trình. Ví dụ, một chương trình JavaScript sẽ được chạy trực tiếp trên các trình duyệt như Chrome, chương trình PHP sẽ được chạy trên web server như LAMP, trong khi chương trình C++ sau khi được biên dịch (comply) sẽ trở thành một file chương trình mà hệ điều hành có thể sử dụng ngay được (như file .exe đối với Windows).

Chuyện gì xảy ra khi chương trình được chạy?

Như đã nói ở trên, chương trình máy tính không hiểu trực tiếp ngôn ngữ lập trình. Khi ta chạy một chương trình, máy tính sẽ phải:

1.       Dịch chương trình máy tính từ ngôn ngữ lập trình sang ngôn ngữ Assembly. Assembly là một ngôn ngữ lập trình ở mức độ cực thấp, sử dụng các từ ngữ và số để biểu diễn các dãy bit. Tùy vào ngôn ngữ, bước này sẽ được thực hiện bởi một trình biên dịch (complier) - chương trình dịch toàn bộ file lệnh cùng một lúc - hoặc thông dịch (interpreter) - chương trình dịch từng dòng code một, theo thời gian thực.

2.       Dịch từ ngôn ngữ Assembly sang ngôn ngữ máy. Ngôn ngữ máy là một loạt các chỉ thị được xử lý trực tiếp bởi CPU của thiết bị để thực hiện các hành động trên máy.

3.       Dịch từ ngôn ngữ máy sang binary code.

Điều thú vị của quá trình này là nó đảm bảo rằng công việc lập trình sẽ không bao giờ biến mất, ngay kể cả khi chúng ta có những trí tuệ nhân tạo có khả năng viết thuật toán tốt hơn con người. Ngay kể cả khi điều đó xảy ra, mọi thứ cũng chỉ giống như khi chúng ta di chuyển từ ngôn ngữ bậc thấp lên ngôn ngữ bậc cao - con người vẫn sẽ là tác nhân giải thích và quyết định chức năng của phần mềm, dù cho là bằng ngôn ngữ lập trình hay bằng ngôn ngữ con người đi chăng nữa.
Phần sau: [C++ Cơ bản] Phần 2: Giới thiệu về C++