Tłumacze i kompilatory: czym są i czym się różnią?

Kod źródłowy języków programowania wysokiego poziomu, takich jak PHP, Swift i JavaScript, wygląda trochę jak język naturalny. W takim kodzie zobaczysz angielskie słowa i będziesz w stanie zrozumieć niektóre jego funkcje, nawet jeśli nie znasz samego języka. Ale taki kod źródłowy musi być w formacie do odczytu maszynowego, aby komputer mógł uruchomić końcowy program.

Aby to zrobić, maszyna potrzebuje pośrednika, który przetłumaczy twój kod na coś, co może przetworzyć. Tym pośrednikiem może być tłumacz, kompilator lub asembler. Wszyscy robią to samo: tłumaczą kod źródłowy z formy czytelnej dla człowieka na formę czytelną dla maszyny. Ale sposób, w jaki to robią, jest zupełnie inny.

Co to jest tłumacz?

Interpreter odczytuje każdy wiersz kodu, jeden po drugim, i wykonuje go natychmiast w czasie wykonywania. Interpreter nie czeka, aż cały kod źródłowy zostanie przekonwertowany na kod maszynowy przed wysłaniem go do procesora. Zamiast tego konwertuje każdą linię kodu na kod bajtowy specyficzny dla interpretera i wykonuje każdą instrukcję w miarę jej tłumaczenia. Podczas gdy zadanie wykonania polega bezpośrednio na tłumaczu, procesor sam zasila interpreter.

Ponieważ analizuje i uruchamia każdą linię naraz, proces jest często stosunkowo wolniejszy. Mając to na uwadze, błędy w interpretowanych językach programowania są łatwe do wykrycia, ponieważ zapewniają natychmiastową informację zwrotną dla każdej linii kodu.

Jednak niepowodzeniem tego zachowania jest to, że błąd w czasie wykonywania powoduje awarię programu podczas wykonywania, co skutkuje złym doświadczeniem użytkownika, zwłaszcza jeśli w projekcie brakuje odpowiednich testów.

Co to jest kompilator?

Kompilator odczytuje kod źródłowy i tłumaczy go na plik wykonywalny do odczytu maszynowego. W przeciwieństwie do tłumacza odczytuje cały kod źródłowy za jednym razem, generując kod maszynowy do późniejszego przetworzenia przez procesor. Ponieważ kompilator wykonuje to zadanie tylko raz, skompilowane programy są zwykle szybsze i bardziej wydajne pod względem pamięci.

Kompilator nie uwzględnia jednak błędów w czasie wykonywania. Zamiast tego oznaczy pewne błędy w czasie kompilacji, co zwykle jest lepsze. Ten typ błędu pojawia się podczas programowania, a nie podczas uruchamiania programu. Należy jednak pamiętać, że błędy w czasie wykonywania są nadal możliwe, nawet w skompilowanych programach.

Kluczowe różnice

Zarówno interpretery, jak i kompilatory są powszechne, dlatego warto znać kluczowe różnice między nimi.

Wykonywanie kodu: przetwarzanie danych wejściowych i wyjściowych

Interpreter może zbierać, tłumaczyć i wykonywać tylko dane wejściowe w wierszu. Uruchamia każdą linię kodu źródłowego sekwencyjnie, a ostateczny wynik zależy od tego, co każda linia wyświetla podczas wykonywania.

Kompilator łączy cały kod źródłowy i tłumaczy go tylko raz. Tak więc pobiera cały kod źródłowy jako dane wejściowe, które konwertuje i wysyła do procesora, aby uzyskać dane wyjściowe.

Debugowanie i śledzenie błędów

W przypadku interpretowanego kodu błędy są łatwiej wykrywalne, ponieważ interpreter może je zgłaszać, odwołując się bezpośrednio do oryginalnego źródła. Jednak gdy w dowolnym momencie podczas wykonywania wystąpi błąd, interpreter zatrzymuje się. Dlatego debugowanie błędów może być nieco trudne, ponieważ trzeba je odtwarzać w czasie wykonywania. Może się nawet pogorszyć, jeśli rejestrowanie w czasie wykonywania jest niewystarczające.

Z drugiej strony błędy w czasie wykonywania w skompilowanym języku mogą być trudniejsze do wyśledzenia, ponieważ nie ma tłumacza, który mógłby je zgłaszać. Ale błędy wykryte w czasie kompilacji są zwykle łatwiejsze do rozwiązania, ponieważ kompilator będzie je konsekwentnie identyfikował.

Większość języków kompilowanych ma również mechanizm wykrywania nieużywanych zmiennych, niezgodności typów i błędnej składni, co pozwala wcześnie zapobiegać tego rodzaju błędom.

Wydajność i szybkość

Zgodnie z oczekiwaniami kompilator pomaga maszynie szybciej uruchamiać kod programu, ponieważ procesor przetwarza kod tylko raz. Inaczej jest w przypadku tłumaczy, którzy tłumaczą każdą linię w czasie wykonywania.

Jednak są zasady programowania, których możesz użyć aby zoptymalizować interpretowany kod, interpreter nadal będzie spędzał czas na analizowaniu i wykonywaniu każdej linii przed przejściem do następnej. Jednak pomocnicy kompilatora są dostępni, aby przyspieszyć języki interpretowane.

Na przykład przeglądarka Chrome przetwarza JavaScript przy użyciu silnika V8; działa to na kompilatorze Just-In-Time (JIT). Moduł Pyinstaller to kolejny pomocnik, który łączy i kompiluje skrypt Pythona do pliku wykonywalnego.

Chociaż ci pomocnicy są przydatni do łączenia języka interpretowanego w kompilatorze, nie zmienia to faktu, że tłumacz bazowy nadal jest tłumaczem.

Zużycie pamięci

Zachowanie wykorzystania pamięci przez interpreter i kompilator jest względne i często zależy od kodu źródłowego i innych czynników. Podczas gdy niektórzy programiści twierdzą, że fragmentowanie kodu w interpreterach zmniejsza zużycie pamięci, tłumacze rejestrują również łączne wykorzystanie pamięci.

Na przykład, kiedy badasz profil wykorzystania pamięci twojego kodu Pythona, ilość pamięci, którą zużywa, może Cię zaskoczyć.

Ogólnie rzecz biorąc, skompilowane programy wymagają mniej pamięci wykonawczej. Ponieważ z góry konwertują cały kod źródłowy na kod do odczytu maszynowego, zmniejszają obciążenie procesora. Kontrastuje to z interpreterami, które tłumaczą kod tylko w czasie wykonywania.

Obsługa języków programowania

Interpretator i kompilator mają sprawiedliwy udział dystrybucja języka programowania. Niektóre popularne języki kompilowane to C, C#, Rust i Golang. Popularne są również języki interpretowane, wśród nich Python, JavaScript i PHP.

Więcej programistów preferuje języki interpretowane. Podczas gdy JavaScript i Python używają tłumaczy, są to dwa ogólnie najbardziej pożądane języki, zgodnie z Ankieta dla programistów z przepełnieniem stosu 2023. Rust i C# reprezentują skompilowane grupy na piątej i szóstej pozycji.

Gdzie języki tłumaczone świecą

Tłumacze ustni wyróżniają się w tych obszarach:

• Umożliwiają łatwe śledzenie błędów, ponieważ interpreter wykonuje każdą linię kodu osobno.
• Często szybsze jest osiągnięcie minimalnego wykonalnego produktu wcześniej z językami interpretowanymi, ponieważ mają one mniej złożoną składnię w porównaniu z językami kompilowanymi.
• W przeciwieństwie do statycznie typowanych języków kompilowanych, języki interpretowane używają dynamicznego typowania, zmniejszając złożoność kodu i zwiększając czytelność.

Gdzie wygrywają języki kompilowane

A co z kompilatorami? Oto kilka aspektów, w których ich języki wykazują pewną siłę:

• Języki skompilowane są zazwyczaj szybsze w wykonywaniu i wymagają mniejszej pamięci w czasie wykonywania, ponieważ tłumaczenie kodu odbywa się tylko raz z góry.
• Wykonanie po kompilacji pomaga we wczesnym wykrywaniu błędów. Kompilator gwarantuje, że wdrożenie zakończy się niepowodzeniem, gdy wystąpi błąd. Jest to lepsze niż wychwytywanie błędów w czasie wykonywania.
• Chociaż języki kompilowane są typowane statycznie, jasno definiują intencje zmiennych i funkcji, czyniąc je bardziej udokumentowanymi.

Wybór odpowiedniego tłumacza dla Twojego projektu

Jak widać, kompilator i interpreter mają swoje obszary, w których przodują. Podczas gdy niektórzy programiści utrzymują, że języki kompilowane są ogólnie szybsze i lepsze, inni twierdzą, że wydajność zależy od struktury kodu i platformy.

Ale co ważniejsze, twój wybór tłumacza powinien również zależeć od kilku innych czynników poza ich mechanizmami technicznymi. Łatwość uczenia się, społeczność i cel projektu to jedne z czynników, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze między językami interpretowanymi a kompilowanymi.