Что это - компилятор, и как он работает. Компиляция языков программирования

Компилятоp (от англ. Compile - собирать вместе, составлять) - системная программа, выполняющая преобразование программы, написанной на одном алгоритмическом языке, в программу на языке, близком к машинному, и в определенном смысле эквивалентную первой.
Компиляторы пишутся как на автокоде, так и на языках высокого уровня. Кроме того, существуют и специальные языки конструирования компиляторов - компиляторы компиляторов.
Компилятор компиляторов (КК) - система, позволяющая генерировать компиляторы; на входе системы - множество грамматик, а на выходе, в идеальном случае, - программа. Иногда под КК понимают язык программирования, в котором исходная программа - это описание компилятора некоторого языка, а объектная программа - сам компилятор для этого языка. Исходная программа КК - это просто формализм, служащий для описания компиляторов, содержащий, явно или неявно, описание лексического и синтаксического анализаторов, генератора кодов и других частей создаваемого компилятора. Обычно в КК используется реализация схемы т.н. синтаксически управляемого перевода. Кроме того, некоторые из них представляют собой специальные языки высокого уровня, на которых удобно описывать алгоритмы, используемые при создании компиляторов.

История создания компиляторов
Первые компиляторы появились в начале 1950-х гг. Сегодня сложно определить, когда появился первый компилятор, поскольку в те годы проводилось множество экспериментов и разработок различными независимыми группами. В основном, целью разработки первых компиляторов было преобразование в машинный код арифметических формул.

Годом рождения теории компиляторов можно считать 1957, когда появился первый компилятор языка Фортран, созданный Бэкусом и дающий достаточно эффективный объектный код. Он работал на платформах IBM 7040, IBM 360 и DEC PDP-11. В 1980 г. была разработана новая версия для IBM 360 и IBM PC, которая поддерживала стандарт FORTRAN 77. Через год была образована фирма Watcom, которая в 1988 г. представила компилятор C. Он сразу получил широкую популярность среди программистов, так как генерировал самый быстрый код среди компиляторов того времени.

Основы
Большая часть компиляторов переводят программу с некоторого высокоуровневого языка программирования в машинный код, который может быть непосредственно выполнен центральным процессором. Как правило, этот код также должен выполняться в среде конкретной операционной системы, поскольку использует предоставляемые ей возможности (системные вызовы, библиотеки функций). Архитектура (набор программно-аппаратных средств), для которой производится компиляция, называется целевой машиной.
Некоторые компиляторы (например, Java) переводят программу не в машинный код, а в программу на некотором специально созданном низкоуровневом языке. Такой язык - байт-код - также можно считать языком машинных команд, поскольку он подлежит интерпретации виртуальной машиной. Например, для языка Java это JVM (язык виртуальной машины Java), или так называемый байт-код Java (вслед за ним все промежуточные низкоуровневые языки стали называть байт-кодами). Для языков программирования на платформе.NET Framework (C#, Managed C++, Visual Basic .NET и другие) это MSIL (Microsoft Intermediate Language, "Промежуточный язык фирмы Майкрософт").

Программа на байт-коде подлежит интерпретации виртуальной машиной, либо ещё одной компиляции уже в машинный код непосредственно перед исполнением. Последнее называеется "Just-In-Time компиляция" (JIT), по названию подобного компилятора для Java. MSIL-код компилируется в код целевой машины также JIT-компилятором, а библиотеки.NET Framework компилируются заранее).
Для каждой целевой машины (IBM, Apple и т.д.) и каждой операционной системы или семейства операционных систем, работающих на целевой машине, требуется написание своего компилятора. Существуют также так называемые кросс-компиляторы, позволяющие на одной машине и в среде одной ОС получать код, предназначенный для выполнения на другой целевой машине и/или в среде другой ОС. Кроме того, компиляторы могут быть оптимизированы под разные типы процессоров из одного семейства (путём использования специфичных для этих процессоров инструкций). Например, код, скомпилированный под процессоры семейства i686, может использовать специфичные для этих процессоров наборы инструкций - MMX, SSE, SSE2.
Существуют программы, которые решают обратную задачу - перевод программы с низкоуровневого языка на высокоуровневый. Этот процесс называют декомпиляцией, а программы - декомпиляторами. Но, поскольку компиляция - это процесс с потерями, точно восстановить исходный код, скажем, на C++ в общем случае невозможно. Более эффективно декомпилируются программы в байт-кодах - например, существует довольно надёжный декомпилятор для Flash.

Логическая структура компилятора

Лексический анализ. Лексический анализатор выполняет распознавание лексем языка и замену их соответствующими кодами. Под лексемами понимаются элементарные единицы, входящие в структуру предложения языка, такие как ключевые слова, константы, имена и т.п. Правильность задания структуры предложения языка на фазе лексического анализа не выполняется. Результатом является поток лексем (кодов - ссылок на таблицы), эквивалентный исходному тексту.
Синтаксический анализатор необходим для того, чтобы выяснить, удовлетворяют ли предложения, из которых состоит исходная программа, правилам грамматики этого языка. Процесс синтаксического анализа может рассматриваться как построение дерева грамматического разбора для транслируемых предложений. Грамматики могут использоваться как для порождения так и для распознавания предложений языка. Порождение начинается с начального понятия (или аксиомы грамматики). При распознавании с помощью грамматических правил порождается предложение, которое затем сравнивается с входной строкой. При этом применение правил подстановки для порождения очередного символа предложения зависит от результатов сравнения предыдущих символов с соответствующими символами входной строки. Результат анализа исходного предложения в терминах грамматических конструкций удобно представлять в виде дерева. Такие деревья обычно называются деревьями грамматического разбора или синтаксическими деревьями. READ (VALUE).
Семантический анализ. На этом этапе осуществляется контроль типа и вида всех идентификаторов и других операндов.
Оптимизация. Происходит преобразование исходной программы в промежуточную (например, польскую) форму записи. Оптимизация промежуточного кода - выделение общих подвыражений и вычисление константных подвыражений. Фаза оптимизации предназначена для уменьшения избыточности программы по затратам времени и памяти. В зависимости от критериев проектирования транслятора данная фаза обработки программы может исключаться из цикла обработки программы.
Распределение памяти. На этом этапе выделяются конкретные адреса пользователя под переменные, которые генерируются компилятором.
Генератор объектного (ассемблерного) кода - выполняет подстановку кодовых образцов на выходном языке, соответствующих промежуточным кодам программы. Генератору кода могут не требоваться шаблоны, он весь может быть реализован в процедурном виде.
Машинно-зависимая компиляция. Зависит от того, какие используются регистры. Работа этой процедуры зависит от соглашений, принятых для исполняемой части программы. Например, выделяется базовый регистр для текущей активной записи в стеке. В конкретных реализациях компиляторов, эти этапы могут быть разделены или совмещены в том или ином виде.

Транслятор
Транслятор - это программа, которая переводит исходную программу в эквивалентную ей объектную программу. Если объектный язык представляет собой автокод или некоторый машинный язык, то транслятор называется компилятором.

Автокод очень близок к машинному языку; большинство команд автокода - точное символическое представление команд машины.

Важной исторической особенностью компилятора являлось то, что он мог производить и компоновку (то есть содержал две части - транслятор и компоновщик). Это связано с тем, что раздельная компиляция и компоновка как отдельная стадия сборки выделились значительно позже появления компиляторов, и многие популярные компиляторы (например, GCC) до сих пор физически объединены со своими компоновщиками. В связи с этим, вместо термина "компилятор" иногда используют термин "транслятор" как его синоним: либо в старой литературе, либо когда хотят подчеркнуть его способность переводить программу в машинный код (и наоборот, используют термин "компилятор" для подчеркивания способности собирать из многих файлов один).

Примеры компиляторов
■ GCC
■ Free Pascal Compiler
■ Компиляторы C, C++ и Fortran от Sun Microsystems Inc.
■ Watcom Fortran/C++ Compiler
■ Intel C++/Fortran compiler
■ ICC AVR.

Литература:
1. Альфред Ахо, Рави Сети, Джеффри Ульман, "Компиляторы. Принципы, технологии, инструменты", "Вильямс", М.-С-Пб.-К. 2003 г.
2. Карпов В.Э. "Классическая теория компиляторов", Учебное пособие - Московский государственный институт электроники и математики, М., 2003 г.
3. Робин Хантер "Основные концепции компиляторов" М.: "Вильямс", 2002 г.
4. Хантер Р. Проектирование и конструирование компиляторов: Пер. с англ. С. М. Круговой - М. Финансы и статистика, 1984 г.

Современные компьютерные технологии находятся в постоянной стадии совершенствования. С каждым днем выходят все новые и новые технологии, позволяющие воплотить в жизнь то, что еще недавно определялось как фантастика. Сильным изменениям поддаются и языки, как человеческие, так и компьютерные. В данной статье мы подробно расскажем, что это – компилятор, как с ним работать, для чего он создавался и где его сейчас можно встретить. Статья рекомендуется не только начинающим пользователям операционной системы Windows, но и программистам, желающим познать скрытые знания своей системы.

Язык для операционной системы

Для начала стоит абстрагироваться, ведь программирование – это не только вбивание определенных ключей-слов в машину, это еще и тщательно продуманные действия, связанные с компонентами системы. Изначально был двоичный код, потом программисты создали полумашинный язык программирования – ассемблер, но для чего?

Представьте себе, что вам надо считать на калькуляторе программиста каждый бит, потом правильно его связывать и многое другое. В ассемблере все стало чуточку проще, но все еще очень и очень непросто, если сравнивать с современными языками программирования, например, С++, который называют одним из сложнейших, но про него речь пойдет чуть позже.

В языке ассемблер все осуществляется благодаря регистрам процессора: деление, умножение, перемещение значения из точки А в точку Б и т. д. Основная его проблема, что он все еще является полумашинным, но все равно поддается прочтению человеку, в отличии от хаотично раскиданных битов. Еще одним минусом было ограниченное количество этих самых регистров.

В 80-х годах решили придумать язык программирования, благодаря которому можно будет легко и просто написать операционную систему. Так появился С и компилятор С GCC от компании GNU. Если вы пользуетесь Linux, то обязательно должны были видеть продукты данной компании. Кстати, ассемблер используется и поныне, ведь некоторые компиляторы создают объектные файлы с двоичным кодом, а другие исполнительные – с кодом на ассемблере. Все зависит от платформы разработчика.

Современный компилятор имеет следующие программы в себе:

главной задачей

понятный язык

недостающие файлы

Также существует 2 типа сборки проекта компилятором: динамическая и статическая. В первой добавляются лишь нужные проекту файлы, несмотря на среду разработки, а во втором случае - все в кучу (подключенные, конечно). Итак, из этого уже можно сказать, что компилятор – это целый список программ для сбора и обработки информации в понятный и логичный для компьютера вид. Дальше мы рассмотрим, с чего все начиналось.

Первые простейшие компиляторы

Может, вы удивитесь, но впервые объект нашей статьи (тогда его еще называли транслятор) появился в далеком 1954 году в Институте, специализирующемся на прикладной математике. Он включал в себя не настолько большой комплекс программ, как сейчас, но все равно был прорывом в науке на то время. Там не было дебагера, поэтому людям приходилось все делать буквально руками, причем используя при этом стандартную и дискретную математику, чтобы узнать, правильный ли результат получила электронно-вычислительная машина.

Возможна ли сборка без нового языка?

Если вы достаточно толковый программист, то вполне сможете выполнить эту задачу. Правда, для этого понадобится немало времени и сил. Кстати, раньше даже была профессия такая – программист-линковщик. Это только в новых языках программирования все автоматизировано, а раньше людям приходилось связывать куски кода Make файлами. Между прочим, некоторые проекты на Linux и сейчас можно собрать с помощью этих самых Make-файлов, нужно лишь указать их зависимости вручную.

После сбора кода линковщик отдавал работу уже компьютеру на обработку, где в итоге получал готовый бинарный код.

Как видите, компилятор – это не только программа, а еще и усилия множества людей. А они, как утверждал Генри Форд, пытаются автоматизировать каждый процесс.

Лучший компилятор Windows

Итак, многие из читателей знают, что существует множество мертвых языков, но еще больше живых, т. е. тех, которые хотя бы раз в год обновляют свою стандартную библиотеку. Как мы уже говорили, в 1980 году был создан С - это был прорыв. Многие наши отцы до сих пор обожают данный язык, но что с ним теперь?

Он живет и процветает в новом теле, если так можно сказать. Его наследником по праву является С++, хоть и его создателя воспрещают писать на нем код, похожий на С, многие программисты игнорирует это и делают, но почему допускается такое грубое нарушение правил?

стандартных библиотек

мобильные приложения

систему Windows

Ваш путь будет тернист – это стоит знать прежде всего. Для начала работы с языком, например, если это С, вы обязательно должны будете ознакомиться с компилятором C. А если с ним не подружиться и не понять его логику, то ваши проекты один за одним будут лагать и вылетать.

Попытайтесь как можно больше читать книг не только про основы программирования, но и про историю создания языков, так вы обязательно начнете понимать саму суть процесса. Старайтесь совмещать практику и новые знания, так все куда быстрее запоминается. Кроме того, постарайтесь довести свой английский хотя бы до среднего уровня, иначе вам будет очень сложно в ориентировании по IDE.

В заключение

Надеемся, после прочтения данной статьи вы поняли, что это – компилятор, как он работает, зачем создавался и кому по сей день нужен. Стоит напомнить, что самое главное для программиста – это понимание ситуации, понимание основных принципов, поэтому очень надеемся, что статья вам в этом помогла.

Виды компиляторов

Векторизующий . Транслирует исходный код в машинный код компьютеров, оснащённых векторным процессором .
Гибкий . Сконструирован по модульному принципу, управляется таблицами и запрограммирован на языке высокого уровня или реализован с помощью компилятора компиляторов.
Диалоговый . См.: диалоговый транслятор.
Инкрементальный . Повторно транслирует фрагменты программы и дополнения к ней без перекомпиляции всей программы.
Интерпретирующий (пошаговый) . Последовательно выполняет независимую компиляцию каждого отдельного оператора (команды) исходной программы.
Компилятор компиляторов . Транслятор, воспринимающий формальное описание языка программирования и генерирующий компилятор для этого языка.
Отладочный . Устраняет отдельные виды синтаксических ошибок.
Резидентный . Постоянно находится в оперативной памяти и доступен для повторного использования многими задачами.
Самокомпилируемый . Написан на том же языке, с которого осуществляется трансляция.
Универсальный . Основан на формальном описании синтаксиса и семантики входного языка. Составными частями такого компилятора являются: ядро, синтаксический и семантический загрузчики.

Виды компиляции

Пакетная . Компиляция нескольких исходных модулей в одном пункте задания.
Построчная . То же, что и интерпретация .
Условная . Компиляция, при которой транслируемый текст зависит от условий, заданных в исходной программе директивами компилятора. Так, в зависимости от значения некоторой константы, можно включать или выключать трансляцию части текста программы.

Структура компилятора

Процесс компиляции состоит из следующих этапов:

Лексический анализ . На этом этапе последовательность символов исходного файла преобразуется в последовательность лексем.
Синтаксический (грамматический) анализ . Последовательность лексем преобразуется в дерево разбора.
Семантический анализ. Дерево разбора обрабатывается с целью установления его семантики (смысла) - например, привязка идентификаторов к их декларациям, типам, проверка совместимости, определение типов выражений и т. д. Результат обычно называется «промежуточным представлением/кодом», и может быть дополненным деревом разбора, новым деревом, абстрактным набором команд или чем-то ещё, удобным для дальнейшей обработки.
Оптимизация . Выполняется удаление излишних конструкций и упрощение кода с сохранением его смысла. Оптимизация может быть на разных уровнях и этапах - например, над промежуточным кодом или над конечным машинным кодом.
Генерация кода . Из промежуточного представления порождается код на целевом языке.

В конкретных реализациях компиляторов эти этапы могут быть разделены или, наоборот, совмещены в том или ином виде.

Генерация кода

Генерация машинного кода

Большинство компиляторов переводит программу с некоторого высокоуровневого языка программирования в машинный код , который может быть непосредственно выполнен процессором . Как правило, этот код также ориентирован на исполнение в среде конкретной операционной системы , поскольку использует предоставляемые ею возможности (системные вызовы , библиотеки функций). Архитектура (набор программно-аппаратных средств), для которой производится компиляция, называется целевой машиной .

Результат компиляции - исполнимый модуль - обладает максимальной возможной производительностью, однако привязан к определённой операционной системе и процессору (и не будет работать на других).

Некоторые компиляторы переводят программу с языка высокого уровня не прямо в машинный код, а на язык ассемблера . Это делается для упрощения части компилятора, отвечающей за кодогенерацию, и повышения его переносимости (задача окончательной генерации кода и привязки его к требуемой целевой платформе перекладывается на ассемблер), либо для возможности контроля и исправления результата компиляции программистом.

Генерация байт-кода

Результатом работы компилятора может быть программа на специально созданном низкоуровневом языке , подлежащем интерпретации виртуальной машиной . Такой язык называется псевдокодом или байт-кодом . Как правило, он не является машинным кодом какого-либо компьютера и программы на нём могут исполняться на различных архитектурах, где имеется соответствующая виртуальная машина, но в некоторых случаях создаются аппаратные платформы, напрямую поддерживающие псевдокод какого-либо языка. Например, псевдокод языка Java называется байт-кодом Java и выполняется в Java Virtual Machine , для его прямого исполнения была создана спецификация процессора picoJava . Для платформы .NET Framework псевдокод называется Common Intermediate Language (CIL), а среда исполнения - Common Language Runtime (CLR).

Некоторые реализации интерпретируемых языков высокого уровня (например, Perl) используют байт-код для оптимизации исполнения: затратные этапы синтаксического анализа и преобразование текста программы в байт-код выполняются один раз при загрузке, затем соответствующий код может многократно использоваться без промежуточных этапов.

Динамическая компиляция

Из-за необходимости интерпретации байт-код выполняется значительно медленнее машинного кода сравнимой функциональности, однако он более переносим (не зависит от операционной системы и модели процессора). Чтобы ускорить выполнение байт-кода, используется динамическая компиляция , когда виртуальная машина транслирует псевдокод в машинный код непосредственно перед его первым исполнением (и в при повторных обращениях к коду исполняется уже скомпилированный вариант).

CIL-код также компилируется в код целевой машины JIT-компилятором, а библиотеки .NET Framework компилируются заранее.

Декомпиляция

Существуют программы, которые решают обратную задачу - перевод программы с низкоуровневого языка на высокоуровневый. Этот процесс называют декомпиляцией, а такие программы - декомпиляторами . Но поскольку компиляция - это процесс с потерями, точно восстановить исходный код, скажем, на C++, в общем случае невозможно. Более эффективно декомпилируются программы в байт-кодах - например, существует довольно надёжный декомпилятор для Flash . Разновидностью декомпилирования является дизассемблирование машинного кода в код на языке ассемблера, который почти всегда выполняется успешно (при этом сложность может представлять самомодифицирующийся код или код, в котором собственно код и данные не разделены). Связано это с тем, что между кодами машинных команд и командами ассемблера имеется практически взаимно-однозначное соответствие.

Раздельная компиляция

Раздельная компиляция (англ. separate compilation ) - трансляция частей программы по отдельности с последующим объединением их компоновщиком в единый загрузочный модуль.

Исторически особенностью компилятора, отражённой в его названии (англ. compile - собирать вместе, составлять), являлось то, что он производил как трансляцию , так и компоновку, при этом компилятор мог порождать сразу абсолютный код. Однако позже, с ростом сложности и размера программ (и увеличением времени, затрачиваемого на перекомпиляцию), возникла необходимость разделять программы на части и выделять библиотеки , которые можно компилировать независимо друг от друга. При трансляции каждой части программы компилятор порождает объектный модуль , содержащий дополнительную информацию, которая потом, при компоновке частей в исполнимый модуль, используется для связывания и разрешения ссылок между частями.

Появление раздельной компиляции и выделение компоновки как отдельной стадии произошло значительно позже создания компиляторов. В связи с этим вместо термина «компилятор» иногда используют термин «транслятор» как его синоним: либо в старой литературе, либо когда хотят подчеркнуть его способность переводить программу в машинный код (и наоборот, используют термин «компилятор» для подчёркивания способности собирать из многих файлов один).

На заре развития компьютеров первые компиляторы (трансляторы) называли «программирующими программами» (так как в тот момент программой считался только машинный код, а «программирующая программа» была способна из человеческого текста сделать машинный код, то есть запрограммировать ЭВМ).

См. также

Примечания

Литература

Альфред В. Ахо, Моника С. Лам, Рави Сети, Джеффри Д. Ульман. Компиляторы: принципы, технологии и инструментарий = Compilers: Principles, Techniques, and Tools. - 2-е изд. - М .: Вильямс, 2010. - 1184 с. - ISBN 978-5-8459-1349-4
Робин Хантер. Основные концепции компиляторов = The Essence of Compilers. - М .: Вильямс, 2002. - 256 с. - ISBN 0-13-727835-7
Хантер Р. Проектирование и конструирование компиляторов / Пер. с англ. С. М. Круговой. - М .: Финансы и статистика, 1984. - 232 с.
Д. Креншоу. Давайте создадим компилятор!
Серебряков В. А., Галочкин М. П. Основы конструирования компиляторов .

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое "Компилятор" в других словарях:

- (ново лат., от лат. compilare грабить, обирать, выбирать). Составитель статей или книг путем заимствования отрывков из сочинений разных авторов. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КОМПИЛЯТОР… … Словарь иностранных слов русского языка

См. писатель... Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари, 1999. компилятор автор, писатель; транслятор, халтурщик, программа Словарь русских синонимов … Словарь синонимов

Программа, преобразующая текст, написанный на алгоритмическом языке, в программу, состоящую из машинных команд. Компилятор создает законченный вариант программы на машинном языке. См. также: Трансляторы Финансовый словарь Финам … Финансовый словарь

КОМПИЛЯТОР, КОМПЬЮТЕРНАЯ ПРОГРАММА, которая переводит символы ЯЗЫКА ПРОГРАММИРОВАНИЯ в команды, которые может непосредственно воспринимать компьютер. Программы по большей части пишутся на ЯЗЫКАХ ВЫСОКОГО УРОВНЯ, таких как «Си», Паскаль или Бейсик … Научно-технический энциклопедический словарь

КОМПИЛЯТОР, компилятора, муж. (книжн.). Автор компиляции. || Литератор, способный писать только компиляции (пренебр.). Жалкий компилятор. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

Одной из ключевых характеристик PHP является то, что это интерпретируемый язык программирования. С другой стороны, языки программирования наподобие C , изначально разрабатывались для компиляции. Что это значит?

Компилируется ли язык программирования или интерпретируется, на самом деле это не зависит от природы языка программирования. Любой язык программирования может интерпретироваться так называемым интерпретатором или компилироваться с помощью так называемого компилятора.

Рабочий цикл программы

При использовании любого языка программирования существует определенный рабочий цикл создания кода. Вы пишете его, запускаете, находите ошибки и отлаживаете. Таким образом, вы переписываете и дописываете программу, проверяете ее. То, о чем пойдет речь в этой статье, это «запускаемая » часть программы.

Когда пишете программу, вы хотите, чтобы ее инструкции работали на компьютере. Компьютер обрабатывает информацию с помощью процессора, который поэтапно выполняет инструкции, закодированные в двоичном формате. Как из выражения «a = 3; » получить закодированные инструкции, которые процессор может понять?

Мы делаем это с помощью компиляции. Существует специальные приложения, известные как компиляторы. Они принимают программу, которую вы написали. Затем анализируют и разбирают каждую часть программы и строят машинный код для процессора. Часто его также называют объектным кодом.

На одном из этапов процесса обработки задействуется компоновщик, принимающий части программы, которые отдельно были преобразованы в объектный код, и связывает их в один исполняемый файл. Вот схема, описывающая данный процесс:

Конечным элементом этого процесса является исполняемый файл. Когда вы запускаете или сообщаете компьютеру, что это исполняемый файл, он берет первую же инструкцию из него, не фильтрует, не преобразует, а сразу запускает программу и выполняет ее без какого-либо дополнительного преобразования. Это ключевая характеристика процесса компиляции — его результат должен быть исполняемым файлом, не требующим дополнительного перевода, чтобы процессор мог начать выполнять первую инструкцию и все следующие за ней.

Первые компиляторы были написаны непосредственно через машинный код или с использованием ассемблеров. Но цель компилятора очевидна: перевести программу в исполняемый машинный код для конкретного процессора.

Некоторые языки программирования разрабатывались с учетом компиляции. C , например, предназначался для того, чтобы дать возможность программистам с легкостью реализовать разные вещи. Но в итоге он разрабатывался таким образом, чтобы его можно было легко перевести на машинный код. Компиляция в программировании это серьезно!

Не все языки программирования учитывают это в своей концепции. Например, Java предназначался для запуска в «интерпретирующей » среде, а Python всегда должен интерпретироваться.

Интерпретация программы

Альтернативой компиляции является интерпретация. Основная разница между компилятором и интерпретатором заключается в том, как они работают. Компилятор берет всю программу и преобразует ее в машинный код, который понимает процессор.

Интерпретатор — это исполняемый файл, который поэтапно читает программу, а затем обрабатывает, сразу выполняя ее инструкции.

Другими словами, интерпретатор выполняет программу поэтапно как часть собственного исполняемого файла. Объектный код не передается процессору, интерпретатор сам является объектным кодом, построенным таким образом, чтобы его можно было вызвать в определенное время.

Это ломает рабочий цикл, который был приведен на диаграмме выше. Теперь у нас есть новая диаграмма:

На ней мы видим, что в отличие от компилятора, интерпретатор всегда должен быть под рукой, чтобы мы могли вызвать его и запустить нашу программу. В некотором смысле интерпретатор становится процессором. Программы, написанные для интерпретации, называются «скриптами », потому что они являются сценариями действий для другой программы, а не прямым машинным кодом.

Например, так работают такие языки программирования, как Python . Вы пишете программу. Затем вводите код в интерпретатор Python , и он выполняет все описанные вами шаги. В командной строке вы можете ввести примерно следующее:

C:>python myprogram.py

В этой команде Python — это исполняемый файл. Вы вводите в него все, что находится в файле myprogram.py, и он выполняет эти инструкции. Компьютер не запустит myprogram.py без Python . Это не машинный код, который понимает процессор. Можно скомпилировать программы Python в объектный или машинный код и запустить его непосредственно в процессоре. Но эта процедура включает в себя компиляцию кода и добавление в качестве ее части всего интерпретатора Python .

Природа интерпретатора

Интерпретаторы могут создаваться по-разному. Существуют интерпретаторы, которые читают исходную программу и не выполняют дополнительной обработки. Они просто берут определенное количество строк кода за раз и выполняют его.

Некоторые интерпретаторы выполняют собственную компиляцию, но обычно преобразуют программу байтовый код, который имеет смысл только для интерпретатора. Это своего рода псевдо машинный язык, который понимает только интерпретатор.

Такой код быстрее обрабатывается, и его проще написать для исполнителя (части интерпретатора, которая исполняет ), который считывает байтовый код, а не код источника.

Есть интерпретаторы, для которых этот вид байтового кода имеет более важное значение. Например, язык программирования Java «запускается » на так называемой виртуальной машине. Она является исполняемым кодом или частью программы, которая считывает конкретный байтовый код и эмулирует работу процессора. Обрабатывая байтовый код так, как если бы процессор компьютера был виртуальным процессором.

У меня есть эмулятор для игровой приставки NIntendo . Когда я загружаю ROM-файл Dragon Warrior , он форматируется в машинный код, который понимает только процессор NES . Но если я создаю виртуальный процессор, который интерпретирует байтовый код во время работы на другом процессоре, я могу запустить Dragon Warrior на любой машине с эмулятором.

Это использует концепция компиляции Java , а также все интерпретаторы. На любом процессоре, для которого я могу создать интерпретатор / эмулятор, можно запускать мои интерпретируемые программы / байтовый код. В этом заключается основное преимущество интерпретатора над компилятором.

За и против

Основным аргументом за использование процесса компиляции является скорость. Возможность компилировать любой программный код в машинный, который может понять процессор ПК, исключает использование промежуточного кода. Можно запускать программы без дополнительных шагов, тем самым увеличивая скорость обработки кода.

Но наибольшим недостатком компиляции является специфичность. Когда компилируете программу для работы на конкретном процессоре, вы создаете объектный код, который будет работать только на этом процессоре. Если хотите, чтобы программа запускалась на другой машине, вам придется перекомпилировать программу под этот процессор. А перекомпиляция может быть довольно сложной, если процессор имеет ограничения или особенности, не присущие первому. А также может вызывать ошибки компиляции.

Основное преимущество интерпретации — гибкость. Можно не только запускать интерпретируемую программу на любом процессоре или платформе, для которых интерпретатор был скомпилирован. Написанный интерпретатор может предложить дополнительную гибкость. В определенном смысле интерпретаторы проще понять и написать, чем компиляторы.

С помощью интерпретатора проще добавить дополнительные функции, реализовать такие элементы, как сборщики мусора, а не расширять язык.

Другим преимуществом интерпретаторов является то, что их проще переписать или перекомпилировать для новых платформ.

Написание компилятора для процессора требует добавления множества функций, или полной переработки. Но как только компилятор написан, можно скомпилировать кучу интерпретаторов и на выходе мы имеем перспективный язык. Не нужно повторно внедрять интерпретатор на базовом уровне для другого процессора.

Самым большим недостатком интерпретаторов является скорость. Для каждой программы выполняется так много переводов, фильтраций, что это приводит к замедлению работы и мешает выполнению программного кода.

Это проблема для конкретных real-time приложений, таких как игры с высоким разрешением и симуляцией. Некоторые интерпретаторы содержат компоненты, которые называются just-in-time компиляторами (JIT ). Они компилируют программу непосредственно перед ее исполнением. Это специальные программы, вынесенные за рамки интерпретатора. Но поскольку процессоры становятся все более мощными, данная проблема становится менее актуальной.

Заключение

Имейте всегда в виду, что некоторые языки программирования специально предназначены для компиляции кода, например, C . В то время как другие языки всегда должны интерпретироваться, например Java .

Для меня не имеет значения, скомпилировано что-то или интерпретировано, если оно может выполнить задачу эффективно.

Некоторые системы не предлагают технические условия для эффективного использования интерпретаторов. Поэтому вы должны запрограммировать их с помощью чего-то, что может быть непосредственно скомпилировано, например C . Иногда нужно выполнить вычисления настолько интенсивно, насколько это возможно. Например, при точном распознавании голоса роботом. В других случаях скорость или вычислительная мощность могут быть не столь критичными, и написать эмулятор на оригинальном языке может быть проще.