Для чего нужен интерпретатор

Компилятор VS интерпретатор: ключевые отличия

May 23 · 4 min read

Интерпретаторы и компиляторы отвечают за преобразование языка программирования или сценариев (язык высокого уровня) в машинный код. Но если обе программы делают одно и то же, чем они различаются? Давайте разберемся.

Компилятор

Что такое компилятор?

Компилятор — это компьютерная программа, которая переводит компьютерный код с одного языка программирования на другой. Компилятор берет программу целиком и преобразует ее в исполняемый компьютерный код. Для этого требуется целая программа, так как компьютер понимает только то, что написано двоичным кодом. Задача компилятора — преобразовать исполняемую программу в машинный код, который и распознается компьютером. Примерами скомпилированных языков программирования являются C и C++.

Компилятор в основном используется для программ, которые переводят исходный код с языка программирования высокого уровня на язык программирования более низкого уровня.

Компи л ятор способен выполнять многие или даже все операции: предварительную обработку данных, парсинг, семантический анализ, преобразование входных программ в промежуточное представление, оптимизацию и генерацию кода.

Интерпретатор

Что такое интерпретатор?

Интерпретатор — это компьютерная программа, которая преобразует каждый программный оператор высокого уровня в машинный код. Сюда входят исходный код, предварительно скомпилированный код и сценарии.

Интерпретатор представляет собой машинную программу, которая непосредственно выполняет набор инструкций без их компиляции. Примерами интерпретируемых языков являются Perl, Python и Matlab.

Как это работает?

Интерпретатор создает программу. Он не связывает файлы и не генерирует машинный код. Происходит построчное выполнение исходных операторов во время исполнения программы.

Преимущества и недостатки

Преимущества компилятора

Недостатки компилятора

Преимущества интерпретатора

Недостатки интерпретатора

Различия

Рассмотрим основные различия между компилятором и интерпретатором

Источник

Что такое компиляция в программировании?

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.

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. Чем отличаются компиляторы и интерпретаторы? 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, программа-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 отличии 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.

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.

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

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

Сообщите мне, что бы вы предпочли: интерпретацию или компиляцию? Спасибо за уделенное время!

Пожалуйста, оставьте ваши комментарии по текущей теме статьи. Мы крайне благодарны вам за ваши комментарии, дизлайки, подписки, отклики, лайки!

Пожалуйста, оставляйте свои отзывы по текущей теме статьи. За комментарии, дизлайки, подписки, отклики, лайки огромное вам спасибо!

Источник

Интерпретатор из подворотен

Если ваше образование окончилось после второго класса, если словарный запас ограничен, а речь невнятна, если вы попросту тупы, не знаете этих непонятных латинских букв, но всё равно хотите стать программистом, вам поможет наш быдлоязык Йоба. Йоба — язык для риальных пацанов!

Ну а если серьёзно, как-то раз у нас на работе кто-то в шутку предложил написать гоп-язык, чтобы программистом мог себя почувствовать себя любой. Начинать конструкции со слова «чо» и всё такое. Тут надо заметить, что, не встретив на своём жизненном пути образования в области computer science, я пропустил все те интересные курсы по построению компиляторов, формальным грамматикам и прочим вкусностям, которые вкушают нормальные студенты на втором-третьем курсе. Книга Вирта по построению компиляторов хотя и добавила мне знания всяких умных терминов типа БНФ, но практической пользы не принесла ­— ни одного компилятора я так и не написал. Поэтому задача оказалась для меня довольно интересной.
Если вы старше 18 лет, адекватно воспринимаете обсценную лексику нашего родного языка и вам интересно, с чего начать, добро пожаловать под кат.

Из всех средств для работы с грамматикой я встречал упоминания всего нескольких. Во-первых, это конечно же lex, flex, yacc, bison и antlr, которые используются преимущественно для компиляторов на C/C++. Во-вторых, это ocamllex и ocamlyacc — которые предназначены для разработки компилятора, как несложно догадаться, на окамле. И в-третьих, это fslexx и fsyacc — то же самое, только для языка F#, который скопирован с ocaml чуть менее, чем полностью, зато впоследствии оброс немаленьким количеством плюшек. F# я отмёл, как отсутствующий в моей системе, а все плюсовые средства — по причине их многочисленности. Да, иногда богатый выбор — это тоже плохо, я побоялся запутаться во всех этих лексерах и парсерах.

Кстати, это было довольно странным и неприятным для меня открытием, что оказывается, разбор любого языка состоит из двух отдельных этапов, которые выполняются разными тулзами, мне казалось, что почему бы не сделать всё в одном. Но увы.

Типы языка

type action =
DoNothing
| AddFunction of string * action list
| CallFunction of string
| Stats
| Create of string
| Conditional of int * string * action * action
| Decrement of int * string
| Increment of int * string;;

Каждая конструкция языка будет приводиться к одному из этих типов. DoNothing — это просто оператор NOP, он не делает ровным счётом ничего. Create создаёт переменную (у нас они всегда целочисленны), Decrement и Increment соответственно уменьшают и увеличивают заданную переменную на какое-то число. Кроме этого есть Stats для вывода статистики по всем созданным переменным и Conditional — наша реализация if, которая умеет проверять, есть ли в заданной переменной требуемая величина (или большая). В самом конце я добавил AddFunction и CallFunction — возможность создавать и вызывать собственные функции, которые на самом деле очень даже процедуры.

Грамматика языка

Следующим этапом мы опишем грамматику, те конструкции нашего языка, которые будут превращаться в инструкции одного из видов.

Перед показом кода я расскажу, как устроен наш язык. Любая конструкция, кроме запроса статистики (это у нас как бы служебная команда) и создания функции начинается и заканчивается ключевыми словами. Благодаря этому мы можем смело расставлять как угодно переносы строк и отступы. Кроме этого (мы же работаем с русским языком) я специально создал по паре инструкций для случаев, когда надо передавать и переменную, и значение. Позже увидите, зачем это было нужно. Итак, наш файл yobaParser.mly:

%token ID
%token INT

%token RULEZ
%token GIVE TAKE
%token WASSUP DAMN
%token CONTAINS THEN ELSE
%token FUCKOFF
%token STATS
%token MEMORIZE IS
%token CALL

%start main
%type main

Лексер — превращаем язык в ключевые слова

Я только отмечу, что этот код нельзя показывать детям и людям с хрупкой душевной организацией, потому что вся обсценная лексика языка описана именно здесь. Кроме того, в начале мы открываем модуль нашего парсера, в котором определены все типы (STATS, GIVE, TAKE и т.п.) и создаём исключение, которое будет кидаться, когда ввод закончится. Обратите внимание на 11-ую строку, в ней указывается, что пробелы и прочий мусор нужно игноировать, при этом она специально идёт после тех инструкций, которые содержат в себе пробелы. 12-ая и 25-28-ая строки обрабатывают числа и названия переменных, а 29-ая кидает то самое исключение, обозначающее конец файла.

Интерпретатор

Первым делом мы создадим две хэштаблицы — для переменных и для функций. Начальный размер 10 взят от фонаря, у нас же тренировочный язык, зачем нам сразу много функций.
Затем объявим две небольших функции: одна — для вывода статистики, вторая — для инкремента/декремента переменных.

Дальше идёт группа из сразу трёх функций: cond обрабатывает условные конструкции (наш if), callfun отвечает за вызов функций, а process_action отвечает за обработку пришедшей на вход инструкции как таковой. Надеюсь, почему все три функции зависят друг от друга, объяснять не надо.

Обратите внимание, все варианты в process_action не выполняют действие, а всего лишь возвращают функцию, которая его выполнит. Изначально это было не так, но именно это маленькое изменение позволило мне легко и непринужденно добавить в язык поддержку пользовательских функций.

Наконец, последняяя часть кода до посинения в цикле читает и обрабатывает результат работы парсера.

Добавим к этому Makefile и можно играться:

Проверка языка

Из недостатков можно отметить то, что при вызове функций вылезают комментарии об успешно инкременте/декременте по числу оных операций.

Надеюсь, было интересно. Весь код интерпретатора можно скачать тут (2кб).
Если более опытные люди поделятся замечаниями по поводу кода, буду благодарен.

Источник

Интерпретаторы

Интерпретатор, так же как и транслятор, анализирует текст исходной программы. Однако он не порождает результирующую программу, а сразу же выполняет исходную программу в соответствии с ее смыслом, заданным семантикой входного языка. Таким образом, результатом работы интерпретатора будет результат, определенный смыслом исходной программы, в том случае, если эта программа синтаксически и семантически правильная с точки зрения входного языка, или сообщение об ошибке в противном случае.

Интерпретатор выполняет программу покомандно, по мере поступления ее исходного кода на вход интерпретатора.

Алгоритм работы простого интерпретатора:

1) прочитать инструкцию;

2) проанализировать инструкцию и определить соответствующие действия;

3) выполнить соответствующие действия;

4) если не достигнуто условие завершения программы, прочитать следующую инструкцию и перейти к пункту 2.

Режим интерпретации можно использовать при отладке программ на языке высокого уровня.

В большинстве случаев интерпретируемая программа работает намного медленнее, чем скомпилированная программа, но не требует затрат на компиляцию, что в случае небольших программ может повышать общую производительность.

Далеко не все языки программирования допускают построение интерпретаторов, которые могли бы выполнять исходную программу по мере поступления команд. Отсутствие шага оптимизации ведет к тому, что выполнение программы с помощью интерпретатора является менее эффективным, чем с помощью аналогичного компилятора. Кроме того, при интерпретации исходная программа должна заново разбираться всякий раз при ее выполнении, в то время как при компиляции она разбирается только один раз, а после этого всегда используется объектный файл. Также очевидно, что объектный код будет исполняться всегда быстрее, чем происходит интерпретация аналогичной исходной программы. Таким образом, интерпретаторы всегда проигрывают компиляторам в производительности.

Преимуществом интерпретатора является независимость выполнения программы от архитектуры целевой вычислительной системы. В результате компиляции получается объектный код, который всегда ориентирован на определенную целевую вычислительную систему. Для перехода на другую целевую вычислительную систему исходную программу требуется откомпилировать заново. А для интерпретации программы необходимо иметь только ее исходный текст и интерпретатор с соответствующего языка.

Источник

Как работает Python: интерпретатор, байт-код, PVM

P ython — интерпретируемый язык программирования. Он не конвертирует свой код в машинный, который понимает железо (в отличие от С и С++). Вместо этого, Python-интерпретатор переводит код программы в байт-код, который запускается на виртуальной машине Python (PVM). Давайте рассмотрим подробнее, как это работает на примере самой популярной реализации интерпретатора — CPython.

Интерпретатор — это программа, которая конвертирует ваши инструкции, написанные на Python, в байт-код и выполняет их. По сути интерпретатор — это программный слой между вашим исходным кодом и железом.

Существует 2 типа интерпретаторов:

Кроме этого, у интерпретатора CPython есть особенность — он может работать в режиме диалога (REPL — read-eval-print loop). Интерпретатор считывает законченную конструкцию языка, выполняет её, печатает результаты и переходит к ожиданию ввода пользователем следующей конструкции.

Как CPython выполняет программы

Интерпретатор «Питона» выполняет любую программу поэтапно.

Этап #1. Инициализация

После запуска вашей программы, Python-интерпретатор читает код, проверяет форматирование и синтаксис. При обнаружении ошибки он незамедлительно останавливается и показывает сообщение об ошибке.

Помимо этого, происходит ряд подготовительных процессов:

Этап #2. Компиляция

Интерпретатор транслирует (переводит) исходные инструкции вашей программы в байт-код (низкоуровневое, платформонезависимое представление исходного текста). Такая трансляция необходима в первую очередь для повышения скорости — байт-код выполняется в разы быстрее, чем исходные инструкции.

Этап #3. Выполнения

Как только байт-код скомпилирован, он отправляется на виртуальную машину Python (PVM). Здесь выполняется байт-код на PVM. Если во время этого выполнения возникает ошибка, то выполнение останавливается с сообщением об ошибке.

PVM является частью Python-интерпретатора. По сути это просто большой цикл, который выполняет перебор инструкций в байт-коде и выполняет соответствующие им операции.

Альтернативы CPython

CPython является стандартной реализацией, но существуют и другие реализации, созданные для специфических целей и задач.

Jython

Основная цель данный реализации — тесная интеграция с языком Java. Работает следующим образом:

Jython позволить Python-программам управлять Java-приложениями. Во время выполнения такая программа ведет себя точно так же, как настоящая программа на языке Java.

IronPython

PyPy — это интерпретатор Python, написанный на Python (если быть точнее, то на RPython).

Особенностью PyPy является использование трассирующего JIT-компилятора (just-in-time), который на лету транслирует некоторые элементы в машинный код. Благодаря этому, при выполнении некоторых операций PyPy обгоняет CPython в несколько раз. Но плата за такую производительность — более высокое потребление памяти.

Источник