компилируемые и интерпретируемые приложения
Основные принципы программирования: компилируемые и интерпретируемые языки
Авторизуйтесь
Основные принципы программирования: компилируемые и интерпретируемые языки
Как и в предыдущей статье этого цикла, я хочу обратить ваше внимание на ключевые принципы программирования, которые влияют на всё то, что мы делаем, но с которыми мы редко сталкиваемся напрямую и поэтому не до конца их понимаем. Тема сегодняшней статьи — компилируемые и интерпретируемые языки.
Будучи разработчиками, мы часто сталкиваемся с такими понятиями, как компилятор и интерпретатор, но я считаю, что многие не совсем понимают, что они означают. Между тем, компиляция и интерпретация — это основы работы всех языков программирования. Давайте взглянем на то, как на самом деле устроены эти понятия.
Вступление
Мы полагаемся на такие инструменты, как компиляция и интерпретация, чтобы преобразовать наш код в форму, понятную компьютеру. Код может быть исполнен нативно, в операционной системе после конвертации в машинный (путём компиляции) или же исполняться построчно другой программой, которая делает это вместо ОС (интерпретатор).
Компилируемый язык — это такой язык, что программа, будучи скомпилированной, содержит инструкции целевой машины; этот машинный код непонятен людям. Интерпретируемый же язык — это такой, в котором инструкции не исполняются целевой машиной, а считываются и исполняются другой программой (которая обычно написана на языке целевой машины). Как у компиляции, так и у интерпретации есть свои плюсы и минусы, и именно это мы и обсудим.
Прежде чем мы продолжим, стоит отметить, что многие языки программирования имеют как компилируемую, так и интерпретируемую версии, поэтому классифицировать их затруднительно. Тем не менее, чтобы не усложнять, в дальнейшем я буду разделять компилируемые и интерпретируемые языки.
Компилируемые языки
Главное преимущество компилируемых языков — это скорость исполнения. Поскольку они конвертируются в машинный код, они работают гораздо быстрее и эффективнее, нежели интерпретируемые, особенно если учесть сложность утверждений некоторых современных скриптовых интерпретируемых языков.
Низкоуровневые языки как правило являются компилируемыми, поскольку эффективность обычно ставится выше кроссплатформенности. Кроме того, компилируемые языки дают разработчику гораздо больше возможностей в плане контроля аппаратного обеспечения, например, управления памятью и использованием процессора. Примерами компилируемых языков являются C, C++, Erlang, Haskell и более современные языки, такие как Rust и Go.
Проблемы компилируемых языков, в общем-то, очевидны. Для запуска программы, написаной на компилируемом языке, её сперва нужно скомпилировать. Это не только лишний шаг, но и значительное усложнение отладки, ведь для тестирования любого изменения программу нужно компилировать заново. Кроме того, компилируемые языки являются платформо-зависимыми, поскольку машинный код зависит от машины, на которой компилируется и исполняется программа.
Интерпретируемые языки
В отличие от компилируемых языков, интерпретируемым для исполнения программы не нужен машинный код; вместо этого программу построчно исполнят интерпретаторы. Раньше процесс интерпретации занимал очень много времени, но с приходом таких технологий, как JIT-компиляция, разрыв между компилируемыми и интерпретируемыми языками сокращается. Примерами интерпретируемых языков являются PHP, Perl, Ruby и Python. Вот некоторые из концептов, которые стали проще благодаря интерпретируемым языкам:
Основным недостатком интерпретируемых языком является их невысокая скорость исполнения. Тем не менее, JIT-компиляция позволяет ускорить процесс благодаря переводу часто используемых последовательностей инструкции в машинный код.
Бонус: байткод-языки
В байткод-языке сперва происходит компиляция программы из человекочитаемого языка в байткод. Байткод — это набор инструкций, созданный для эффективного исполнения интерпретатором и состоящий из компактных числовых кодов, констант и ссылок на память. С этого момента байткод передаётся в виртуальную машину, которая затем интерпретирует код также, как и обычный интерпретатор.
При компиляции кода в байткод происходит задержка, но дальнейшая скорость исполнения значительно возрастает в силу оптимизации байткода. Кроме того, байткод-языки являются платформо-независимыми, превосходя при этом по скорости интерпретируемые. Для них также доступна JIT-компиляция.
Заключение
Многие языки в наши дни имеют как компилируемые, так и интерпретируемые реализации, сводя разницу между ними на нет. У каждого вида исполнения кода есть преимущества и недостатки.
Вкратце, компилируемые языки являются самыми эффективными, поскольку они исполняются как машинный код и позволяют использовать аппаратное обеспечение системы. Однако это вводит дополнительные ограничение на написание кода и делает его платформо-зависимым. Интерпретируемые же языки не зависят от платформы и позволяют использовать такие техники динамического программирования, как метапрограммирование. Тем не менее, в скорости исполнения они значительно уступают компилируемым языкам.
Байткод-языки, в свою очередь, пытаются использовать сильные стороны обоих видов языков, и у них это неплохо получается.
Введение в компиляторы, интерпретаторы и JIT’ы
Но прежде чем говорить о том, как это всё работает, давайте разберём один простой пример. Представим, что у нас есть новый язык программирования (придумайте любое название). Язык довольно прост:
set a 1
set b 2
add a b c
print c
Теперь давайте напишем программу, которая считывает каждое «выражение», находит оператор и операнды, а затем что-то с ними делает, в зависимости от конкретного оператора. Это довольно просто реализовать на PHP, как вы можете видеть на примере листинга 1.
Это очень простая программа, и вам не придётся писать своё следующее веб-приложение на вашем новом языке. Но данный пример помогает понять, как легко можно создать новый язык и получить программу, которая способна считывать и выполнять этот язык. В нашем случае она построчно считывает исходный файл и выполняет код в зависимости от текущего оператора. Для запуска приложения нам не нужно преобразовывать его в ассемблер или двоичный код, оно и так прекрасно работает. Этот метод выполнения программ называется интерпретированием. Например, таким образом часто выполняются программы на Basic: каждое выражение считывается и сразу же выполняется в высокоуровневом режиме.
Но тут есть ряд проблем. Одна из них заключается в том, что написать подобный языковой процессор довольно легко, а вот выполняться новый язык будет очень медленно. Ведь нам придётся обрабатывать каждую строку и проверять:
Но, несмотря на неторопливость, у интерпретирования есть преимущества: мы можем сразу запускать программу после каждого внесённого изменения. Для внимательных: когда я что-то меняю в PHP-скрипте, я сразу могу его выполнить и увидеть изменения; означает ли это, что PHP — интерпретируемый язык? На данный момент будем считать, что да. PHP-скрипт интерпретируется подобно нашему гипотетическому простому языку. Но в следующих разделах мы ещё к этому вернёмся!
Транскомпилирование
Как можно заставить нашу программу «работать быстро»? Это можно сделать разными способами. Один из них, разработанный в Facebook, называется HipHop (я имею в виду «старую» систему HipHop, а не используемую сегодня HHVM). HipHop преобразовывал один язык (PHP) в другой (С++). Результат преобразования можно было с помощью компилятора С++ превратить в двоичный код. Его компьютер способен понять и выполнить без дополнительной нагрузки в виде интерпретатора. В результате экономится ОГРОМНОЕ количество вычислительных ресурсов и приложение работает гораздо быстрее.
Этот метод называется source-to-source компилированием, или транскомпилированием, или даже транспилированием (transpiling). На самом деле происходит не компилирование в двоичный код, а преобразование в то, что может быть скомпилировано в машинный код существующими компиляторами.
Транскомпилирование позволяет напрямую выполнять двоичный код, что повышает производительность. Однако у этого метода есть и обратная сторона: прежде чем выполнить код, нам сначала нужно провести транскомпилирование, а затем настоящее компилирование. Но это нужно делать только тогда, когда в приложение вносятся изменения, т. е. только во время разработки.
Транскомпилирование также используется для того, чтобы сделать «жёсткие» языки более простыми и динамичными. Например, браузеры не понимают код, написанный на LESS, SASS и SCSS. Но зато его можно транспилировать в CSS, который браузеры понимают. Поддерживать CSS проще, но приходится дополнительно транскомпилировать.
Компилирование
Чтобы всё работало ещё быстрее, нужно избавиться от стадии транскомпилирования. То есть компилировать наш язык сразу в двоичный код, который мог бы тут же выполняться, без дополнительной нагрузки в виде интерпретирования или транскомпилирования.
К сожалению, написание компилятора — одна из труднейших задач в информатике. Например, при компилировании в двоичный код нужно учитывать, на каком компьютере он будет выполняться: на 32-битной Linux, или 64-битной Windows, или вообще на OS X. Зато интерпретируемый скрипт может легко выполняться где угодно. Как и в PHP, нам не нужно переживать о том, где выполняется наш скрипт. Хотя может встречаться и код, предназначенный для конкретной ОС, что сделает невозможным выполнение скрипта на других системах, но это не вина интерпретатора.
Но даже если мы избавимся от стадии транскомпилирования, нам никуда не деться от компилирования. Например, большие программы, написанные на С (компилируемый язык), могут компилироваться чуть ли не час. Представьте, что вы написали приложение на PHP и вам нужно ждать ещё десять минут, прежде чем увидеть, работают ли внесённые изменения.
Используя всё лучшее
Если интерпретирование подразумевает медленное выполнение, а компилирование сложно в реализации и требует больше времени при разработке, то как работают языки вроде PHP, Python или Ruby? Они довольно быстрые!
Это потому, что они используют и интерпретирование, и компилирование. Давайте посмотрим, как это получается.
Что, если бы мы могли преобразовывать наш выдуманный язык не напрямую в двоичный код, а в нечто, очень на него похожее (это называется «байт-код»)? И если бы этот байт-код был так близок к тому, как работает компьютер, что его интерпретирование выполнялось бы очень быстро (например, миллионы байт-кодов в секунду)? Это сделало бы наше приложение почти таким же быстрым, как и компилируемое, при этом сохранились бы все преимущества интерпретируемых языков. Самое главное, нам не пришлось бы компилировать скрипты при каждом изменении.
Выглядит очень заманчиво. По сути, подобным образом работают многие языки — PHP, Ruby, Python и даже Java. Вместо считывания и поочерёдного интерпретирования строк исходного кода, в этих языках используется другой подход:
Ещё одна оптимизация: после генерирования байт-кода мы можем использовать его при всех последующих запросах. Так что можно закешировать и его (главное, убедитесь, что при изменении исходного файла байт-код будет перекомпилироваться). Именно это делают кеши кода операций (opcode caches), вроде расширения OPCache в PHP: кешируют скомпилированные скрипты, чтобы их можно было быстро выполнить при последующих запросах без избыточных загрузок и компилирования в байт-код.
Наконец, последний шаг к высокой скорости — выполнение байт-кода нашим PHP-интерпретатором. В следующей части мы сравним это с обычными интерпретаторами. Во избежание путаницы: подобный интерпретатор байт-кода часто называется «виртуальной машиной», потому что в определённой степени он копирует работу машины (компьютера). Не надо путать это с виртуальными машинами, запускаемыми на компьютерах, вроде VirtualBox или VMware. Речь идёт о таких вещах, как JVM (Java Virtual Machine) в мире Java и HHVM (HipHop Virtual Machine) в мире PHP. Свои виртуальные машины есть у Python и Ruby. В некотором роде все они являются высокоспециализированными и производительными интерпретаторами байт-кода.
Каждая ВМ выполняет собственный байт-код, генерируемый конкретным языком, и они несовместимы между собой. Вы не можете выполнять байт-код PHP на ВМ Python, и наоборот. Однако теоретически возможно создать программу, компилирующую PHP-скрипты в байт-код, который будет понятен ВМ Python. Так что в теории вы можете запускать PHP-скрипты в Python (серьёзный вызов!).
Байт-код
Как выглядит и работает байт-код? Рассмотрим два примера. Возьмём PHP-код:
Посмотреть его байт-код можно с помощью 3v4l.org или установив расширение VLD. Получим следующее:
Теперь возьмём аналогичный пример на Python:
Python может напрямую сгенерировать коды операций ©python:
Поскольку байт-код состоит из простых инструкций, интерпретирование проходит очень быстро. Вместо тысяч двоичных инструкций, которые нужно обработать для каждого выражения интерпретируемого языка, в байт-коде на каждое выражение приходится по несколько сотен инструкций (иногда и того меньше). Поэтому виртуальные машины работают гораздо быстрее интерпретируемых языков.
Иными словами, виртуалки взяли всё лучшее от двух миров. Хотя нам по-прежнему нужно компилировать из исходного кода в байт-код, этот процесс становится быстрым и прозрачным. А после получения байт-кода виртуальная машина быстро и эффективно интерпретирует его без излишних накладных расходов. И в результате мы имеем высокопроизводительное приложение.
От исходного кода к байт-коду
Теперь, когда мы умеем эффективно выполнять сгенерированный байт-код, остаётся задача компилирования исходного кода в этот байт-код.
Рассмотрим следующие PHP-выражения:
Все они одинаково верны и должны быть преобразованы в одинаковые байт-коды. Но как мы их считываем? Ведь в нашем собственном интерпретаторе мы парсим команды, разделяя их пробелами. Это означает, что программист должен писать код в одном стиле, в отличие от PHP, где вы можете в одной строке использовать отступления или пробелы, скобки в одной строке или переносить на вторую строку и т. д. В первую очередь компилятор попытается преобразовать ваш исходный код в токены. Этот процесс называется лексингом (lexing) или токенизацией.
Лексинг
Токенизация (лексинг) заключается в преобразовании исходного PHP-кода — без понимания его значения — в длинный список токенов. Это сложный процесс, но в PHP вы можете довольно легко сделать нечто подобное. Представленный в листинге 2 код выдаёт следующий результат:
Строковое значение преобразуется в токены:
Парсеры и токенизаторы полезны и в других сферах. Например, они используются для парсинга SQL-выражений в базах данных, и на PHP также написано немало парсеров и токенизаторов. У объектно-реляционного маппера Doctrine есть свой парсер для DQL-выражений, а также «транскомпилятор» для преобразования DQL в SQL. Многие движки шаблонов, в том числе Twig, используют собственные токенизаторы и парсеры для «компилирования» файлов шаблонов обратно в PHP-скрипты. По сути, эти движки тоже транскомпиляторы!
Абстрактное синтаксическое дерево
После токенизации и парсинга нашего языка мы можем генерировать байт-код. Вплоть до PHP 5.6 он генерировался во время парсинга. Но привычнее было бы добавить в процесс отдельную стадию: пусть парсер генерирует не байт-код, а так называемое абстрактное синтаксическое дерево (Abstract Syntax Tree, AST). Это древовидная структура, в которой абстрактно представлена вся программа. AST не только упрощает генерирование байт-кода, но и позволяет нам вносить изменения в дерево, прежде чем оно будет преобразовано. Дерево всегда генерируется особым образом. Узел дерева, представляющий собой выражение if, обязательно имеет под собой три элемента:
В результате мы можем «переписать» программу до того, как она будет преобразована в байт-код. Иногда это используется для оптимизации кода. Если мы обнаружим, что разработчик раз за разом перевычислял переменную внутри цикла, и мы знаем, что переменная всегда имеет одно и то же значение, то оптимизатор может переписать AST так, чтобы создать временную переменную, которую не нужно каждый раз вычислять заново. Дерево можно использовать для небольшой реорганизации кода, чтобы он работал быстрее: удалить ненужные переменные и т. п. Это не всегда возможно, но когда у нас есть дерево всей программы, то такие проверки и оптимизации выполнять куда легче. Внутри AST можно посмотреть, объявляются ли переменные до их использования или используется ли присваивание в условном блоке ( if ($a = 1) <> ). И при обнаружении потенциально ошибочных структур выдать предупреждение. С помощью дерева можно даже анализировать код с точки зрения информационной безопасности и предупреждать пользователей во время выполнения скрипта.
Всё это называется статическим анализом — он позволяет создавать новые возможности, оптимизации и системы валидации, помогающие разработчикам писать гармоничный, безопасный и быстрый код.
В PHP 7.0 появился новый движок парсинга (Zend 3.0), который тоже генерирует AST во время парсинга. Поскольку он достаточно свежий, с его помощью можно сделать не так много. Но сам факт его наличия означает, что мы можем ожидать появления в ближайшем будущем самых разных возможностей. Функция token_get_all() уже принимает новую, недокументированную константу TOKEN_PARSE, которая в будущем может использоваться для возвращения не только токенов, но и отпарсенного AST. Сторонние расширения вроде php-ast позволяют просматривать и редактировать дерево прямо в PHP. Полная переработка движка Zend и реализации AST откроет PHP для самых разных новых задач.
Помимо виртуальных машин, выполняющих высокооптимизированный байт-код, сгенерированный из AST, есть и другая методика повышения скорости. Но это одна из самых сложных в реализации вещей.
Как выполняется приложение? Много времени тратится на его настройку: например, нужно запустить фреймворк, отпарсить маршруты, обработать переменные среды и т. д. По завершении всех этих процедур программа обычно всё ещё не запущена. По сути, куча времени потрачена лишь на функционирование какой-то части вашего приложения. А что, если мы выявим те части, которые могут часто запускаться и способны преобразовывать маленькие куски кода (допустим, всего несколько методов) в двоичный код? Конечно, на это компилирование может уходить относительно много времени, но всё равно метод компилируется куда быстрее, чем всё приложение. Возможно, при первом вызове функции вы столкнётесь с маленькой задержкой, но все последующие вызовы будут выполняться молниеносно, минуя виртуальную машину, и сразу в виде двоичного кода.
Мы получаем скорость компилируемого кода и наслаждаемся преимуществами кода интерпретируемого. Подобные системы могут работать быстрее обычного интерпретируемого байт-кода, иногда гораздо быстрее. Речь идёт о JIT-компиляторах (just-in-time, точно в срок). Название подходит как нельзя лучше. Система обнаруживает, какие части байт-кода могут быть хорошими кандидатами на компилирование в двоичный код, и делает это в тот момент, когда нужно выполнять эти самые части. То есть — точно в срок. Программа может стартовать немедленно, не нужно ждать завершения компилирования. В двоичный код преобразуются только самые эффективные части кода, так что процесс компилирования автоматизируется и ускоряется.
Хотя не все JIT-компиляторы работают таким образом. Некоторые компилируют все методы на лету; другие пытаются только определить, какие функции нужно скомпилировать на ранней стадии; третьи будут компилировать функции, если они вызываются два и больше раза. Но все JIT’ы используют один принцип: компилировать маленькие куски кода, когда они действительно нужны.
Ещё одно преимущество JIT’ов по сравнению с обычным компилированием заключается в том, что они способны лучше прогнозировать и оптимизировать на основании текущего состояния приложения. JIT’ы могут динамически анализировать код во время runtime и делать предположения, на которые неспособны обычные компиляторы. Ведь во время компиляции у нас нет информации о текущем состоянии программы, а JIT’ы компилируют на стадии выполнения.
Если вам доводилось работать с HHVM, то вы уже использовали JIT-компилятор: PHP-код (и надмножественный язык Hack) преобразуется в байт-код, запускаемый на виртуальной машине HHVM. Машина обнаруживает блоки, которые могут быть безопасно преобразованы в двоичный код; если это ещё не было сделано, она это делает и запускает их. По окончании запуска ВМ переходит к следующим байт-кодам, которые могут быть преобразованы в двоичный код.
PHP 7 не выполняется на JIT-компиляторе, но зато его новая система превосходит все предыдущие релизы. Сейчас во всех его компонентах проводятся эксперименты со статическим анализом, динамической оптимизацией, и даже есть простые JIT-системы. Так что не исключено, что однажды даже PHP 7 окажется позади!
Компилятор VS интерпретатор: ключевые отличия
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.
Компилятор 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
Что такое компилируемые и интерпретируемые языки?
Обработка данных центральным процессором компьютера происходит при помощи машинных кодов, которые сложно воспринимаются человеком. С появлением компилируемых и интерпретируемых языков программирования процесс разработки прикладного ПО существенно упростился. Они относятся к языкам высокого уровня, в составе которых присутствует большое количество лексических и смысловых структур для описания структур данных и операций.
Что такое компилируемые и интерпретируемые языки?
С появлением высокоуровневых языков существенно упростились процедуры портирования ПО. С помощью специальных программ: компиляторов и трансляторов обеспечивается связь приложений с разными операционными системами и аппаратной частью компьютера. Применение таких программных средств обеспечивает независимость высокоуровневых языков от используемой версии операционной системы.
В последние годы появились языки сверхвысокого и ультравысокого уровня, содержащие множество объектов и структур. Они требуют минимум настроек и заметно снижают трудозатраты на разработку прикладного программного обеспечения.
Первый транслятор ПП-1 (Программирующая Программа) была разработана и использована в 1954 году. Уже в следующем году была создана ПП-2 с собственным загрузчиком, отладчиком, библиотекой стандартных процедур. В 1957 году был запущен компилятор для Fortran и после этого высокоуровневые языки стали активно использоваться программистами. Разработчиками последнего является группа специалистов из IBM во главе с Джоном Бэкусом.
Джон Бэкус – руководитель группы разработчиков IBM создателей компилятора для FORTRAN
В настоящее время в среде специалистов принята следующая классификация высокоуровневых языков по способу выполнения:
Компилируемые языки
Приложения, написанные на одном из высокоуровневых языков для компьютеров или мобильных устройств, представляют собой набор данных и инструкций. Они состоят из синтаксических единиц. В компилируемых языках программирования исходный текст код преобразуется в набор машинных инструкций с помощью специальной программы. Для него создается отдельный файл со своим заголовком либо определенным расширением, он считывается и исполняется операционной системой.
Служебная программа-компилятор, образно говоря, обеспечивает перевод высокоуровневого языка на низкоуровневый и работает следующим образом:
Компилируемые языки имеют одну особенность: в случае внесения каких-либо изменений в исходный код описанный процесс повторяется. Программа снова компилируется в набор машинных инструкций, происходит ее запись в исполняемый файл. Результаты исправлений оценивается только после завершения процесса.
Перечень наиболее известных компилируемых языков программирования высокого уровня включает:
Перечень языков, исходный код которых нужно компилировать в машинный, этим не ограничивается. Список можно дополнить менее популярными: Sather, Common Lisp, Swift, CLEO, LabVIEW, Ocaml, Haskell, Eiffel, Ubercode, Go, JOVIAL, Lush, Alice, Rust, Visual Foxpro и Visual Prolog.
Компиляция программы в байт-код
Помимо названных существуют три группы высокоуровневых языки программирования, которые компилируются в байт-код:
Алгоритм работы программы-транспилятора
Транспиляция применяется для автоматического рефакторинга кода, когда её ручная переработка нецелесообразна из-за высоких трудозатрат. При этом данный тип программы-компилятора сохраняет преобразованный код максимально близким к исходному для упрощения процедур разработки и последующей отладки. В отдельных случаях структура программы изменяется до полной неузнаваемости.
Интерпретируемые языки
В основу рассматриваемой классификации положен метод исполнения приложения процессором компьютера или мобильного устройства. Интерпретируемый язык программирования – это высокоуровневый язык с последовательной обработкой операторов и данных CPU. Специальная программа транслирует каждую логическую строчку исходного кода по отдельности.
Интерпретируемые языки программирования
Поначалу алгоритм работу интерпретаторов высокоуровневых языков программирования выглядел так:
Современные программы-интерпретаторы используют другие более совершенные алгоритмы работы:
Описанная схема применяется при работе наиболее распространенных языков программирования: Java, Python и Ruby. В последнем варианте исходный текст преобразуется в форму абстрактной синтаксической древовидной структуры. Такой подход позволяет оптимизировать процесс генерации кода на этапе промежуточного (внутреннего) представления между деревом разбора и формированием структуры данных.
Среди интерпретируемых высокоуровневых языков наибольшее распространение получили следующие:
Программы, написанные на любом из перечисленных языков, не нуждаются в предварительном переводе. Они интерпретируются и выполняются центральным процессорным устройством, при этом реализуется один из алгоритмов построчного выполнения или с преобразованием в промежуточный код.
Чем отличаются компилируемые и интерпретируемые языки программирования?
Использование в качестве признака классификации методов исполнения программ процессором позволяет лучше понять алгоритм работы вычислительной техники. Между компиляцией и интерпретацией разница состоит в следующем:
Сложность рассматриваемого способа классификации заключается в том, что некоторые языки высокого уровня могут использовать и те, и другие алгоритмы. Для примера возьмем JavaScript – компилируемый или интерпретируемый это язык определить будет не так и сложно. Он относится к классу объектно-ориентированных с поддержкой мультипарадигменных сценариев. Для обеспечения работы программ, написанной на JavaScript, требуется интерпретация. Этим он отличается от похожего по названию языка Java, который относится к статическому типу и реализует иной подход, основанный на классах. Для его загрузки необходима предварительная компиляция байт-кода.
Преимущества и недостатки
Каждый из высокоуровневых языков вне зависимости от типа (компилируемый или интерпретируемый) обладает определенными свойствами. Это в значительной мере относится и к методу исполнения программ, написанных на том или ином диалекте. К достоинствам интерпретируемых языков относят:
Одним из основных недостатков интерпретируемых языков является относительно невысокая скорость выполнения написанных на них программ. По оценкам специалистов приложения на Python или PHP обрабатываются в отдельных случаях на два порядка медленнее, чем их аналоги на C++.
Преимущества и недостатки компилируемых и интерпретируемых языков
Языки высокого уровня, относящиеся к классу компилируемых, наряду с большой скоростью обработки имеют ряд иных преимуществ:
Языки компилируемого типа имеют и ряд недостатков:
Разница между интерпретируемыми высокоуровневыми языками и компилируемыми состоит в способе обработки процессором написанных на них программ. Скорость процесса в значительной мере зависит от производительности каждого конкретного компьютера или мобильного устройства.
Области применения
По подсчетам специалистов существует порядка 10 тысяч языков программирования высокого уровня. Часть из них устарели и практически не используются. Актуальных направлений в сфере разработки ПО на деле не так много. Рассматриваемые в обзоре высокоуровневые языки находят применение в следующих областях:
Существуют и универсальные языки программирования такие как C, C++, C#, Java или Python, которые могут использоваться в любой из перечисленных сфер. Выбор языка для написания тех или иных программ в значительной мере определяется средой разработки.
Так какой же язык использовать?
При выборе того или иного языка программирования для написания десктопных или мобильных приложений руководствуются их свойствами и особенностями. Каждый из них имеет собственный набор типов данных и способов их хранения, а также различные операторы и функции. Интерпретируемые и компилируемые высокоуровневые языки имеют разное предназначение и должны использоваться в соответствии с ним:
В действительности классификация языков по способу их исполнения является довольно условной. Для любого из них может быть создана программа интерпретации и компиляции. Кроме того существует класс так называемых совмещенных языков, при обработке которых используются комбинации этих процессов.
Даниил Полянский Автор статей про IT-технологии. Действующий программист, пишет программы на Python