Интерпретатори и компилатори: какво представляват и как се различават?

Изходният код на езиците за програмиране на високо ниво като PHP, Swift и JavaScript изглежда малко като естествен език. Ще видите английски думи в такъв код и ще можете да разберете част от неговата функционалност, дори и да не знаете самия език. Но такъв изходен код трябва да бъде в машинно четим формат, за да може компютърът да изпълни крайната програма.

За да направи това, машината се нуждае от посредник, който да преведе вашия код в нещо, което може да обработи. Този посредник може да бъде интерпретатор, компилатор или асемблер. Всички те правят подобно нещо: превеждат изходния код от четима от човека форма в машинно четима. Но как го правят е съвсем различно.

Какво е преводач?

Интерпретатор чете всеки ред код, един по един, и го изпълнява незабавно по време на изпълнение. Интерпретаторът не чака целият изходен код да се преобразува в машинен код, преди да го изпрати до процесора. Вместо това, той преобразува всеки кодов ред в специфичен за интерпретатора байт код и изпълнява всяка инструкция, докато се превежда. Докато задачата за изпълнение разчита директно на интерпретатора, процесорът захранва самия интерпретатор.

Тъй като анализира и изпълнява всеки ред наведнъж, процесът често е относително по-бавен. Имайки предвид това, грешките в интерпретираните езици за програмиране са лесни за забелязване, тъй като те осигуряват незабавна обратна връзка за всеки кодов ред.

Пречка на това поведение обаче е, че грешка по време на изпълнение срива програмата по време на изпълнение, което води до лошо потребителско изживяване, особено ако на вашия проект липсва адекватно тестване.

Какво е компилатор?

Компилатор чете вашия изходен код и го превежда в машинно четим изпълним файл. За разлика от интерпретатора, той чете целия изходен код наведнъж, генерирайки машинен код за по-късна обработка от процесора. Тъй като компилаторът изпълнява тази задача само веднъж, компилираните програми обикновено са по-бързи и по-ефективни откъм памет.

Компилаторът обаче не отчита грешките по време на изпълнение. Вместо това, той ще маркира определени грешки по време на компилиране, което обикновено е по-добре. Този тип грешка се появява по време на разработката, а не когато програмата започне да работи. Имайте предвид обаче, че все още са възможни грешки по време на изпълнение, дори в компилирани програми.

Основните разлики

Интерпретаторите и компилаторите са често срещани, така че е полезно да знаете основните разлики между тях.

Изпълнение на код: обработка на вход и изход

Интерпретаторът може само да събира, превежда и изпълнява всеки вход на ред. Той изпълнява всеки ред от изходния код последователно, както идва, и крайният изход зависи от това какво извежда всеки ред по време на изпълнение.

Компилаторът обединява целия изходен код и го превежда само веднъж. Така че той приема целия ви изходен код като вход, който преобразува и изпраща до процесора, за да получи изход.

Отстраняване на грешки и проследяване на грешки

За интерпретирания код грешките са по-проследими, тъй като интерпретаторът може да ги докладва чрез директно позоваване на оригиналния източник. Въпреки това, след като има грешка във всеки момент по време на изпълнение, интерпретаторът спира. Така че отстраняването на грешки може да бъде малко предизвикателство, тъй като трябва да ги възпроизведете по време на изпълнение. Може дори да се влоши, ако има неадекватно регистриране по време на изпълнение.

От друга страна, грешките по време на изпълнение в компилиран език може да са по-трудни за проследяване, тъй като няма интерпретатор, който да докладва за тях. Но грешките, които откриете по време на компилиране, обикновено са по-лесни за справяне, тъй като компилаторът постоянно ще ги идентифицира.

Повечето компилирани езици също имат механизъм за откриване на неизползвани променливи, несъвместимост на типове и грешен синтаксис, предотвратявайки този вид грешки на ранен етап.

Производителност и скорост

Както се очаква, компилаторът помага на машината да изпълнява програмния код по-бързо, тъй като процесорът обработва кода само веднъж. Това не е така за интерпретаторите, които превеждат всеки ред по време на изпълнение.

Въпреки че има принципи на програмиране, които можете да използвате за да оптимизира интерпретирания код, интерпретаторът все пак ще отдели време за анализиране и изпълнение на всеки ред, преди да премине към следващия. Налични са обаче помощници на компилатора, за да направят интерпретираните езици по-бързи.

Например браузърът Chrome обработва JavaScript с помощта на двигателя V8; това работи на компилатора Just-In-Time (JIT). Модулът Pyinstaller е друг помощник, който обединява и компилира Python скрипт в изпълним пакет.

Докато тези помощници са удобни за групиране на интерпретиран език в компилатор, това не променя факта, че основният транслатор все още е интерпретатор.

Използване на паметта

Поведението при използване на паметта на интерпретатора и компилатора е относително и често зависи от изходния код и други фактори. Докато някои програмисти твърдят, че разкъсването на кода в интерпретаторите намалява използването на паметта, интерпретаторите записват и общото използване на паметта.

Например, когато изследвате профил на използване на паметта на вашия Python код, количеството памет, което консумира, може да ви изненада.

Общо казано обаче, компилираните програми изискват по-малко памет за изпълнение. Тъй като те преобразуват целия изходен код в машинно четим код предварително, те дават на процесора по-малко работа. Това е за разлика от интерпретаторите, които превеждат код само по време на изпълнение.

Поддръжка на език за програмиране

Интерпретаторът и компилаторът имат справедлив дял от разпространение на езика за програмиране. Някои популярни компилирани езици включват C, C#, Rust и Golang. Интерпретираните езици също са популярни, сред които Python, JavaScript и PHP.

Повече програмисти са склонни да предпочитат интерпретирани езици. Докато JavaScript и Python използват интерпретатори, те са двата като цяло най-желани езика, според Проучване за разработчици на Stack Overflow за 2023 г. Rust и C# представляват компилираните групи на пета и шеста позиция.

Къде блестят интерпретирани езици

Преводачите блестят в тези области:

• Те позволяват лесно проследяване на грешки, тъй като интерпретаторът изпълнява всеки кодов ред отделно.
• Често е по-бързо да се постигне минимален жизнеспособен продукт по-рано с интерпретираните езици, тъй като те имат по-малко сложен синтаксис в сравнение с компилираните езици.
• За разлика от статично типизираните компилирани езици, интерпретираните езици използват динамично въвеждане, намалявайки сложността на кода и подобрявайки четливостта.

Къде печелят компилираните езици

Какво ще кажете за компилаторите? Ето някои аспекти, в които техните езици показват известна сила:

• Компилираните езици обикновено са по-бързи при изпълнение, изискващи по-малко памет за изпълнение, тъй като преводът на кода се извършва само веднъж предварително.
• Изпълнението след компилация помага за ранното откриване на грешки. Компилаторът гарантира, че внедряването е неуспешно, след като има грешка. Това е по-добре от прихващането на грешки по време на изпълнение.
• Въпреки че са статично типизирани, компилираните езици ясно дефинират намеренията на променливите и функциите, което ги прави по-документирани.

Избор на правилния преводач за вашия проект

Както видяхте, компилаторът и интерпретаторът имат своите съответни области, в които превъзхождат. Докато някои програмисти твърдят, че компилираните езици са по-бързи и по-добри като цяло, други твърдят, че производителността зависи от структурата на кода и платформата.

Но по-важното е, че изборът ви на преводач трябва да зависи и от няколко други фактора, освен техните технически механизми. Лекотата на учене, общността и намерението на проекта са сред факторите, които трябва да имате предвид, докато избирате между интерпретирани и компилирани езици.