Трансляторы и интерпретаторы языков программирования

 

Конкретными исполнителями языков программирования являются трансляторы и интерпретаторы.

Транслятор представляет собой программу, на основе которой компьютер преобразует вводимые в него программы на машинный язык, поскольку он может выполнять программы, записанные только на языке его процессора, и алгоритмы, заданные на другом языке, должны быть перед их выполнением переведены на машинный язык.

Транслятор - программа или техническое средство, выполняющее трансляцию программы.

Трансляция программы - преобразование программы, представленной на одном из языков программирования, в программу на другом языке, эквивалентную по результатам выполнения первой. Транслятор обычно выполняет также диагностику ошибок, формирует словари идентификаторов, выдаёт для печати тексты программы и т.д.

Язык, на котором представлена входная программа, называется исходным языком, а сама программа - исходным кодом. Выходной язык называется целевым языком или объектным кодом. Цель трансляции - преобразовать текст с одного языка на другой, который понятен адресату текста. В случае программ-трансляторов, адресатом является техническое устройство (процессор) или программа-интерпретатор.

Трансляторы реализуются в виде компиляторов или интерпретаторов. С точки зрения выполнения работы компилятор и интерпретатор существенно различаются.

 

Язык процессоров (машинный код) является низкоуровневым. Транслятор, который преобразует программы в машинный язык, принимаемый и исполняемый непосредственно процессором, называется компилятором.

Компилятор (англ. compiler - составитель, собиратель) читает всю программу целиком, делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном языке, который затем и выполняется. Результат работы компилятора — бинарный исполняемый файл.

Достоинство компилятора: программа компилируется один раз и при каждом выполнении не требуется дополнительных преобразований. Соответственно, не требуется наличие компилятора на целевой машине, для которой компилируется программа. Недостаток: отдельный этап компиляции замедляет написание и отладку и затрудняет исполнение небольших, несложных или разовых программ.

В случае, если исходный язык является языком ассемблера (низкоуровневым языком, близким к машинному языку), то компилятор такого языка называется ассемблером.

Другой метод реализации - когда программа исполняется с помощью интерпретатора вообще без трансляции.

Интерпретатор (англ. interpreter - истолкователь, устный переводчик) переводит и выполняет программу строка за строкой.

Интерпретатор программно моделирует машину, цикл выборки-исполнения которой работает с командами на языках высокого уровня, а не с машинными командами. Такое программное моделирование создаёт виртуальную машину, реализующую язык. Этот подход называется чистой интерпретацией. Чистая интерпретация применяется как правило для языков с простой структурой (например, АПЛ или Лисп). Интерпретаторы командной строки обрабатывают команды в скриптах в UNIX или в пакетных файлах (.bat) в MS-DOS также как правило в режиме чистой интерпретации.

Достоинство чистого интерпретатора: отсутствие промежуточных действий для трансляции упрощает реализацию интерпретатора и делает его удобнее в использовании, в том числе в диалоговом режиме. Недостаток - интерпретатор должен быть в наличии на целевой машине, где должна исполняться программа. Также, как правило, имеется более или менее значительный проигрыш в скорости. А свойство чистого интерпретатора, что ошибки в интерпретируемой программе обнаруживаются только при попытке выполнения команды (или строки) с ошибкой, можно признать как недостатком, так и достоинством.

Существуют компромиссные между компиляцией и чистой интерпретацией варианты реализации языков программирования, когда интерпретатор перед исполнением программы транслирует её на промежуточный язык (например, в байт-код или p-код), более удобный для интерпретации (то есть речь идёт об интерпретаторе со встроенным транслятором). Такой метод называется смешанной реализацией. Примером смешанной реализации языка может служить Perl. Этот подход сочетает как достоинства компилятора и интерпретатора (бо́льшая скорость исполнения и удобство использования), так и недостатки (для трансляции и хранения программы на промежуточном языке требуются дополнительные ресурсы; для исполнения программы на целевой машине должен быть представлен интерпретатор). Также, как и в случае компилятора, смешанная реализация требует, чтобы перед исполнением исходный код не содержал ошибок (лексических, синтаксических и семантических).

По мере увеличения ресурсов компьютеров и расширения гетерогенных сетей (в том числе Интернета), связывающих компьютеры разных типов и архитектур, выделился новый вид интерпретации, при котором исходный (или промежуточный) код компилируется в машинный код непосредственно во время исполнения, "на лету". Уже скомпилированные участки кода кэшируются, чтобы при повторном обращении к ним они сразу получали управление, без перекомпиляции. Этот подход получил название динамической компиляции.

Достоинством динамической компиляции является то, что скорость интерпретации программ становится сравнимой со скоростью исполнения программ в обычных компилируемых языках, при этом сама программа хранится и распространяется в единственном виде, независимом от целевых платформ. Недостатком является бо́льшая сложность реализации и бо́льшие требования к ресурсам, чем в случае простых компиляторов или чистых интерпретаторов.

Этот метод хорошо подходит для веб-приложений. Соответственно, динамическая компиляция появилась и поддерживается в той или иной мере в реализациях Java,.NET Framework, Perl, Python.

После того, как программа откомпилирована, ни исходный текст программы, ни компилятор более не нужны для исполнения программы. В то же время программа, обрабатываемая интерпретатором, должна заново переводиться на машинный язык при каждом очередном запуске программы. То есть исходный файл является непосредственно исполняемым.

Откомпилированные программы работают быстрее, но интерпретируемые проще исправлять и изменять.

Каждый конкретный язык ориентирован либо на компиляцию, либо на интерпретацию - в зависимости от того, для каких целей он создавался. Например, С++ обычно используется для решения довольно сложных задач, в которых важна скорость работы программ, поэтому данный язык реализуется с помощью компилятора.

Для достижения большей скорости работы программ на интерпретируемых языках программирования может использоваться трансляция в промежуточный байт-код. Языками, позволяющую данную хитрость являются Java, Python и некоторые другие языки программирования.

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