Интерпретаторы и компиляторы: что это такое и чем они отличаются?

Исходный код языков программирования высокого уровня, таких как PHP, Swift и JavaScript, немного похож на естественный язык. В таком коде вы увидите английские слова и сможете понять некоторые его функции, даже если не знаете самого языка. Но такой исходный код должен быть в машиночитаемом формате, чтобы компьютер мог запустить окончательную программу.

Для этого машине нужен посредник, чтобы перевести ваш код во что-то, что она сможет обработать. Этим посредником может быть интерпретатор, компилятор или ассемблер. Все они делают одно и то же: переводят исходный код из удобочитаемого вида в машиночитаемый. Но то, как они это делают, совсем другое.

Что такое переводчик?

Интерпретатор читает каждую строку кода, одну за другой, и немедленно выполняет ее во время выполнения. Интерпретатор не ждет, пока весь исходный код будет преобразован в машинный код, прежде чем отправить его в ЦП. Вместо этого он преобразует каждую строку кода в специфичный для интерпретатора байт-код и выполняет каждую инструкцию по мере ее перевода. В то время как выполнение задачи напрямую зависит от интерпретатора, центральный процессор управляет самим интерпретатором.

Поскольку он анализирует и запускает каждую строку за раз, процесс часто выполняется относительно медленнее. Имея это в виду, ошибки в интерпретируемых языках программирования легко обнаружить, поскольку они обеспечивают мгновенную обратную связь для каждой строки кода.

Однако недостатком такого поведения является то, что ошибка во время выполнения приводит к сбою программы во время выполнения, что приводит к плохому взаимодействию с пользователем, особенно если в вашем проекте отсутствует адекватное тестирование.

Что такое компилятор?

Компилятор читает ваш исходный код и переводит его в машиночитаемый исполняемый файл. В отличие от интерпретатора, он считывает весь исходный код за один раз, генерируя машинный код для последующей обработки центральным процессором. Поскольку компилятор выполняет эту задачу только один раз, скомпилированные программы обычно работают быстрее и эффективнее используют память.

Однако компилятор не учитывает ошибки времени выполнения. Вместо этого он будет помечать определенные ошибки во время компиляции, что обычно лучше. Этот тип ошибки появляется во время разработки, а не при запуске программы. Однако имейте в виду, что ошибки во время выполнения все еще возможны, даже в скомпилированных программах.

Ключевые отличия

Интерпретаторы и компиляторы являются общими, поэтому полезно знать ключевые различия между ними.

Выполнение кода: обработка ввода и вывода

Интерпретатор может только собирать, переводить и выполнять каждый ввод в строке. Он запускает каждую строку исходного кода последовательно по мере поступления, а окончательный вывод зависит от того, что выводит каждая строка во время выполнения.

Компилятор объединяет весь исходный код и транслирует его только один раз. Таким образом, он принимает весь ваш исходный код в качестве входных данных, который он преобразует и отправляет в ЦП для получения вывода.

Отладка и отслеживание ошибок

Для интерпретируемого кода ошибки легче отследить, так как интерпретатор может сообщить о них, напрямую обратившись к исходному источнику. Однако при возникновении ошибки в любой момент выполнения интерпретатор останавливается. Таким образом, отладка ошибок может быть немного сложной, поскольку вам нужно воспроизвести их во время выполнения. Это может даже ухудшиться, если неадекватное ведение журнала во время выполнения.

С другой стороны, ошибки времени выполнения в скомпилированном языке может быть труднее отследить, поскольку нет интерпретатора, который мог бы сообщить о них. Но с ошибками, которые вы обнаружите во время компиляции, обычно легче справиться, поскольку компилятор последовательно их идентифицирует.

Большинство скомпилированных языков также имеют механизм обнаружения неиспользуемых переменных, несовместимости типов и ошибочного синтаксиса, предотвращая такого рода ошибки на раннем этапе.

Производительность и скорость

Как и ожидалось, компилятор помогает машине выполнять программный код быстрее, поскольку ЦП обрабатывает код только один раз. Это не так для интерпретаторов, которые переводят каждую строку во время выполнения.

Хотя есть принципы программирования, которые вы можете использовать чтобы оптимизировать интерпретируемый код, интерпретатор по-прежнему будет тратить время на синтаксический анализ и выполнение каждой строки, прежде чем перейти к следующей. Однако доступны помощники компилятора, чтобы сделать интерпретируемые языки быстрее.

Например, браузер Chrome обрабатывает JavaScript с помощью движка V8; это работает на компиляторе Just-In-Time (JIT). Модуль Pyinstaller — еще один помощник, который объединяет и компилирует скрипт Python в исполняемый пакет.

Хотя эти помощники удобны для связывания интерпретируемого языка с компилятором, это не меняет того факта, что базовый транслятор по-прежнему остается интерпретатором.

Использование памяти

Использование памяти интерпретатором и компилятором относительно и часто зависит от исходного кода и других факторов. В то время как некоторые программисты утверждают, что фрагментация кода в интерпретаторах уменьшает использование памяти, интерпретаторы также регистрируют совокупное использование памяти.

Например, когда вы исследуете профиль использования памяти вашего кода Python, объем потребляемой памяти может вас удивить.

Однако в целом скомпилированные программы требуют меньше оперативной памяти. Поскольку они заранее преобразуют весь исходный код в машиночитаемый код, они дают процессору меньше работы. Это отличается от интерпретаторов, которые переводят код только во время выполнения.

Поддержка языков программирования

Интерпретатор и компилятор имеют справедливую долю дистрибутив языка программирования. Некоторые популярные компилируемые языки включают C, C#, Rust и Golang. Также популярны интерпретируемые языки, среди которых Python, JavaScript и PHP.

Многие программисты предпочитают интерпретируемые языки. Хотя JavaScript и Python используют интерпретаторы, они являются двумя самыми популярными языками, согласно Опрос разработчиков Stack Overflow за 2023 г.. Rust и C# представляют скомпилированные группы на пятой и шестой позициях.

Где сияют интерпретируемые языки

Интерпретаторы блистают в следующих областях:

• Они позволяют легко отслеживать ошибки, поскольку интерпретатор выполняет каждую строку кода отдельно.
• Часто быстрее получить минимально жизнеспособный продукт раньше с интерпретируемыми языками, поскольку они имеют менее сложный синтаксис по сравнению с компилируемыми языками.
• В отличие от компилируемых языков со статической типизацией, интерпретируемые языки используют динамическую типизацию, что снижает сложность кода и повышает его читабельность.

Где побеждают компилируемые языки

А компиляторы? Вот некоторые аспекты, в которых их языки демонстрируют некоторую силу:

• Компилируемые языки обычно быстрее выполняются, требуя меньше памяти во время выполнения, поскольку трансляция кода выполняется только один раз заранее.
• Выполнение после компиляции помогает в раннем обнаружении ошибок. Компилятор гарантирует, что развертывание завершится ошибкой при возникновении ошибки. Это лучше, чем ловить ошибки во время выполнения.
• Хотя компилируемые языки статически типизированы, они четко определяют назначение переменных и функций, что делает их более документированными.

Выбор подходящего переводчика для вашего проекта

Как вы видели, у компилятора и интерпретатора есть свои области, в которых они преуспевают. В то время как некоторые программисты утверждают, что скомпилированные языки в целом быстрее и лучше, другие утверждают, что производительность зависит от структуры кода и платформы.

Но что еще более важно, ваш выбор переводчика должен также зависеть от нескольких других факторов, помимо их технических механизмов. Простота обучения, сообщество и цель проекта — вот факторы, которые следует учитывать при выборе между интерпретируемым и компилируемым языками.