Διερμηνείς και μεταγλωττιστές: Τι είναι και σε τι διαφέρουν;

Ο πηγαίος κώδικας γλωσσών προγραμματισμού υψηλού επιπέδου όπως η PHP, η Swift και η JavaScript μοιάζει λίγο με φυσική γλώσσα. Θα δείτε αγγλικές λέξεις σε τέτοιο κώδικα και θα μπορείτε να κατανοήσετε μέρος της λειτουργικότητάς του, ακόμα κι αν δεν γνωρίζετε την ίδια τη γλώσσα. Ωστόσο, αυτός ο πηγαίος κώδικας πρέπει να είναι σε μορφή αναγνώσιμη από μηχανή, ώστε ο υπολογιστής να τρέξει το τελικό πρόγραμμα.

Για να γίνει αυτό, το μηχάνημα χρειάζεται έναν μεσάζοντα για να μεταφράσει τον κώδικά σας σε κάτι που μπορεί να επεξεργαστεί. Αυτός ο ενδιάμεσος μπορεί να είναι ένας διερμηνέας, ένας μεταγλωττιστής ή ένας συναρμολογητής. Όλοι κάνουν κάτι παρόμοιο: μεταφράζουν τον πηγαίο κώδικα από μια αναγνώσιμη από τον άνθρωπο μορφή σε μια αναγνώσιμη από μηχανή. Αλλά το πώς το κάνουν είναι πολύ διαφορετικό.

Τι είναι ο Διερμηνέας;

Ένας διερμηνέας διαβάζει κάθε γραμμή κώδικα, μία κάθε φορά, και την εκτελεί αμέσως κατά το χρόνο εκτέλεσης. Ένας διερμηνέας δεν περιμένει να μετατραπεί ολόκληρος ο πηγαίος κώδικας σε κώδικα μηχανής πριν τον στείλει στην CPU. Αντίθετα, μετατρέπει κάθε γραμμή κώδικα στον κώδικα byte του διερμηνέα και εκτελεί κάθε εντολή καθώς μεταφράζεται. Ενώ η εργασία εκτέλεσης βασίζεται απευθείας στον διερμηνέα, η CPU εξουσιοδοτεί τον ίδιο τον διερμηνέα.

Δεδομένου ότι αναλύει και εκτελεί κάθε γραμμή κάθε φορά, η διαδικασία είναι συχνά σχετικά πιο αργή. Έχοντας αυτό υπόψη, τα σφάλματα σε γλώσσες προγραμματισμού που ερμηνεύονται είναι εύκολο να εντοπιστούν, καθώς παρέχουν άμεση ανατροφοδότηση για κάθε γραμμή κώδικα.

Ωστόσο, ένα μειονέκτημα αυτής της συμπεριφοράς είναι ότι ένα σφάλμα χρόνου εκτέλεσης διακόπτει τη λειτουργία του προγράμματος κατά την εκτέλεση, με αποτέλεσμα κακή εμπειρία χρήστη, ειδικά εάν το έργο σας δεν έχει επαρκή έλεγχο.

Τι είναι ο μεταγλωττιστής;

Ένας μεταγλωττιστής διαβάζει τον πηγαίο κώδικα σας και τον μεταφράζει σε ένα εκτελέσιμο αρχείο αναγνώσιμο από μηχανή. Σε αντίθεση με έναν διερμηνέα, διαβάζει ολόκληρο τον πηγαίο κώδικα με μία κίνηση, δημιουργώντας κώδικα μηχανής για μεταγενέστερη επεξεργασία από την CPU. Εφόσον ο μεταγλωττιστής εκτελεί αυτήν την εργασία μόνο μία φορά, τα μεταγλωττισμένα προγράμματα είναι συνήθως πιο γρήγορα και πιο αποδοτικά στη μνήμη.

Ωστόσο, ο μεταγλωττιστής δεν λαμβάνει υπόψη τα σφάλματα χρόνου εκτέλεσης. Αντίθετα, θα επισημαίνει ορισμένα σφάλματα κατά το χρόνο μεταγλώττισης, κάτι που είναι συνήθως καλύτερο. Αυτός ο τύπος σφάλματος εμφανίζεται κατά την ανάπτυξη, όχι όταν ξεκινά η εκτέλεση του προγράμματος. Ωστόσο, λάβετε υπόψη ότι τα σφάλματα χρόνου εκτέλεσης εξακολουθούν να είναι πιθανά, ακόμη και σε μεταγλωττισμένα προγράμματα.

Οι βασικές διαφορές

Οι διερμηνείς και οι μεταγλωττιστές είναι και οι δύο κοινοί, επομένως είναι χρήσιμο να γνωρίζετε τις βασικές διαφορές μεταξύ τους.

Εκτέλεση Κώδικα: Επεξεργασία εισόδου και εξόδου

Ένας διερμηνέας μπορεί να συλλέγει, να μεταφράζει και να εκτελεί μόνο κάθε είσοδο ανά γραμμή. Εκτελεί κάθε γραμμή του πηγαίου κώδικα διαδοχικά καθώς έρχεται, και η τελική έξοδος εξαρτάται από το τι βγάζει κάθε γραμμή κατά την εκτέλεση.

Ένας μεταγλωττιστής ομαδοποιεί ολόκληρο τον πηγαίο κώδικα και τον μεταφράζει μόνο μία φορά. Έτσι, παίρνει ολόκληρο τον πηγαίο κώδικα ως είσοδο, τον οποίο μετατρέπει και στέλνει στην CPU για να πάρει έξοδο.

Εντοπισμός σφαλμάτων και ιχνηλασιμότητα σφαλμάτων

Για τον ερμηνευμένο κώδικα, τα σφάλματα είναι πιο ανιχνεύσιμα, καθώς ο διερμηνέας μπορεί να τα αναφέρει με απευθείας αναφορά στην αρχική πηγή. Ωστόσο, μόλις παρουσιαστεί σφάλμα σε οποιοδήποτε σημείο κατά την εκτέλεση, ο διερμηνέας σταματά. Επομένως, τα σφάλματα εντοπισμού σφαλμάτων μπορεί να είναι λίγο προκλητικά, καθώς πρέπει να τα αναπαράγετε κατά το χρόνο εκτέλεσης. Μπορεί ακόμη και να χειροτερέψει εάν δεν υπάρχει επαρκής καταγραφή χρόνου εκτέλεσης.

Από την άλλη πλευρά, τα σφάλματα χρόνου εκτέλεσης σε μια μεταγλωττισμένη γλώσσα μπορεί να είναι πιο δύσκολο να εντοπιστούν, καθώς δεν υπάρχει διερμηνέας που να αναφέρει σχετικά. Αλλά τα σφάλματα που ανακαλύπτετε κατά το χρόνο μεταγλώττισης είναι συνήθως πιο εύκολο να αντιμετωπιστούν, καθώς ο μεταγλωττιστής θα τα αναγνωρίζει με συνέπεια.

Οι περισσότερες μεταγλωττισμένες γλώσσες διαθέτουν επίσης έναν μηχανισμό για τον εντοπισμό μεταβλητών που δεν χρησιμοποιούνται, την ασυμβατότητα τύπων και την εσφαλμένη σύνταξη, αποτρέποντας αυτού του είδους τα λάθη από νωρίς.

Απόδοση και Ταχύτητα

Όπως ήταν αναμενόμενο, ένας μεταγλωττιστής βοηθά το μηχάνημα να εκτελέσει τον κώδικα προγράμματος γρηγορότερα, καθώς η CPU επεξεργάζεται τον κώδικα μόνο μία φορά. Αυτό δεν ισχύει για τους διερμηνείς, οι οποίοι μεταφράζουν κάθε γραμμή κατά το χρόνο εκτέλεσης.

Αν και υπάρχουν αρχές προγραμματισμού που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε Για τη βελτιστοποίηση του ερμηνευμένου κώδικα, ο διερμηνέας θα εξακολουθεί να ξοδεύει χρόνο αναλύοντας και εκτελώντας κάθε γραμμή πριν μεταβεί στην επόμενη. Ωστόσο, διατίθενται βοηθοί μεταγλωττιστή για να κάνουν τις γλώσσες διερμηνείας πιο γρήγορες.

Για παράδειγμα, το πρόγραμμα περιήγησης Chrome επεξεργάζεται JavaScript χρησιμοποιώντας τη μηχανή V8. αυτό εκτελείται στον μεταγλωττιστή Just-In-Time (JIT). Η λειτουργική μονάδα Pyinstaller είναι ένας άλλος βοηθός που ομαδοποιεί και μεταγλωττίζει ένα σενάριο Python σε ένα εκτελέσιμο πακέτο.

Ενώ αυτοί οι βοηθοί είναι βολικοί για τη ομαδοποίηση μιας γλώσσας διερμηνείας σε έναν μεταγλωττιστή, δεν αλλάζει το γεγονός ότι ο μεταφραστής γραμμής βάσης εξακολουθεί να είναι διερμηνέας.

Χρήση μνήμης

Η συμπεριφορά χρήσης μνήμης του διερμηνέα και του μεταγλωττιστή είναι σχετική και συχνά εξαρτάται από τον πηγαίο κώδικα και άλλους παράγοντες. Ενώ ορισμένοι προγραμματιστές υποστηρίζουν ότι η τμηματοποίηση κώδικα στους διερμηνείς μειώνει τη χρήση της μνήμης, οι διερμηνείς καταγράφουν επίσης τη συνολική χρήση μνήμης.

Για παράδειγμα, όταν εξετάζετε το προφίλ χρήσης μνήμης του κώδικα Python σας, η ποσότητα της μνήμης που καταναλώνει μπορεί να σας εκπλήξει.

Γενικά, όμως, τα μεταγλωττισμένα προγράμματα απαιτούν λιγότερη μνήμη χρόνου εκτέλεσης. Εφόσον μετατρέπουν ολόκληρο τον πηγαίο κώδικα σε κώδικα αναγνώσιμο από μηχανή εκ των προτέρων, δίνουν λιγότερη εργασία στην CPU. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τους διερμηνείς, οι οποίοι μεταφράζουν κώδικα μόνο κατά το χρόνο εκτέλεσης.

Υποστήριξη Γλώσσας Προγραμματισμού

Ο διερμηνέας και ο μεταγλωττιστής έχουν ένα δίκαιο μερίδιο διανομή γλωσσών προγραμματισμού. Μερικές δημοφιλείς μεταγλωττισμένες γλώσσες περιλαμβάνουν τις C, C#, Rust και Golang. Οι γλώσσες που ερμηνεύονται είναι επίσης δημοφιλείς, μεταξύ των οποίων η Python, η JavaScript και η PHP.

Περισσότεροι προγραμματιστές τείνουν να προτιμούν γλώσσες διερμηνείας. Ενώ η JavaScript και η Python χρησιμοποιούν διερμηνείς, είναι οι δύο συνολικά πιο επιθυμητές γλώσσες, σύμφωνα με Έρευνα προγραμματιστών 2023 Stack Overflow. Το Rust και το C# αντιπροσωπεύουν τις μεταγλωττισμένες ομάδες στην πέμπτη και έκτη θέση.

Εκεί που λάμπουν οι ερμηνευμένες γλώσσες

Οι διερμηνείς λάμπουν σε αυτούς τους τομείς:

• Επιτρέπουν την εύκολη ανίχνευση σφαλμάτων αφού ο διερμηνέας εκτελεί κάθε γραμμή κώδικα ξεχωριστά.
• Συχνά είναι πιο γρήγορο να επιτύχετε ένα ελάχιστο βιώσιμο προϊόν νωρίτερα με διερμηνευμένες γλώσσες, καθώς έχουν λιγότερο σύνθετες συντακτικές σε σύγκριση με τις μεταγλωττισμένες γλώσσες.
• Σε αντίθεση με τις στατικά πληκτρολογημένες μεταγλωττισμένες γλώσσες, οι ερμηνευμένες γλώσσες χρησιμοποιούν δυναμική πληκτρολόγηση, μειώνοντας την πολυπλοκότητα του κώδικα και βελτιώνοντας την αναγνωσιμότητα.

Όπου κερδίζουν οι μεταγλωττισμένες γλώσσες

Τι γίνεται με τους μεταγλωττιστές; Ακολουθούν ορισμένες πτυχές που οι γλώσσες τους δείχνουν κάποια δύναμη:

• Οι μεταγλωττισμένες γλώσσες είναι συνήθως πιο γρήγορες στην εκτέλεση, απαιτώντας μικρότερη μνήμη χρόνου εκτέλεσης, καθώς η μετάφραση κώδικα πραγματοποιείται μόνο μία φορά εκ των προτέρων.
• Η εκτέλεση μετά τη μεταγλώττιση βοηθά στον έγκαιρο εντοπισμό σφαλμάτων. Ο μεταγλωττιστής διασφαλίζει ότι η ανάπτυξη αποτυγχάνει μόλις παρουσιαστεί σφάλμα. Αυτό είναι καλύτερο από την καταγραφή σφαλμάτων κατά τη διάρκεια του χρόνου εκτέλεσης.
• Αν και πληκτρολογούνται στατικά, οι μεταγλωττισμένες γλώσσες ορίζουν ξεκάθαρα τις προθέσεις των μεταβλητών και των συναρτήσεων, καθιστώντας τις πιο τεκμηριωμένες.

Επιλέγοντας τον κατάλληλο μεταφραστή για το έργο σας

Όπως έχετε δει, ο μεταγλωττιστής και ο διερμηνέας έχουν τις αντίστοιχες περιοχές τους όπου υπερέχουν. Ενώ ορισμένοι προγραμματιστές υποστηρίζουν ότι οι μεταγλωττισμένες γλώσσες είναι πιο γρήγορες και καλύτερες συνολικά, άλλοι υποστηρίζουν ότι η απόδοση εξαρτάται από τη δομή και την πλατφόρμα του κώδικα.

Αλλά το πιο σημαντικό, η επιλογή του μεταφραστή σας θα πρέπει επίσης να εξαρτάται από πολλούς άλλους παράγοντες εκτός από τους τεχνικούς μηχανισμούς τους. Η ευκολία εκμάθησης, η κοινότητα και η πρόθεση του έργου είναι μεταξύ των παραγόντων που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή μεταξύ διερμηνευμένων και μεταγλωττισμένων γλωσσών.