Компилируемый и интерпретируемый языки в чем разница

ITmentor | Сайт про IT

Компилируемые и интерпретируемые языки программирования

• Языки программирования
• Технологии

Желающие освоить язык программирования сталкиваются с такими понятиями, как компилятор и интерпретатор. Компиляция и интерпретация — это основа работы языков программирования.

Языки программирования в общем подходе делятся на два класса — компилируемые и интерпретируемые. Стоит отметить, что эта классификация языков программирования на компилируемые и интерпретируемые, является весьма условной, поскольку для любого языка программирования может быть создан как компилятор, так и интерпретатор. Кроме того бывают языки программирования смешанного типа.

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).

Компилируемые языки

Программа на компилируемом языке при помощи специальной программы компилятора преобразуется (компилируется) в набор инструкций для данного типа процессора (машинный код) и далее записывается в исполняемый файл, который может быть запущен на выполнение как отдельная программа. Другими словами, компилятор переводит программу с языка высокого уровня на низкоуровневый язык, понятный процессору сразу и целиком, создавая при этом отдельную программу

Как правило, скомпилированные программы выполняются быстрее и не требуют для выполнения дополнительных программ, так как уже переведены на машинный язык. Вместе с тем при каждом изменении текста программы требуется ее перекомпиляция, что создает трудности при разработке. Кроме того, скомпилированная программа может выполняться только на том же типе компьютеров и, как правило, под той же операционной системой, на которую был рассчитан компилятор. Чтобы создать исполняемый файл для машины другого типа, требуется новая компиляция.

Компилируемые языки обычно позволяют получить более быструю и, возможно, более компактную программу, и поэтому применяются для создания часто используемых программ.

Примерами компилируемых языков являются Pascal, C, C++, Erlang, Haskell, Rust, Go, Ada.

Интерпретируемые языки

Если программа написана на интерпретируемом языке, то интерпретатор непосредственно выполняет (интерпретирует) ее текст без предварительного перевода. При этом программа остается на исходном языке и не может быть запущена без интерпретатора. Можно сказать, что процессор компьютера — это интерпретатор машинного кода. Кратко говоря, интерпретатор переводит на машинный язык прямо во время исполнения программы.

Программы на интерпретируемых языках можно запускать сразу же после изменения, что облегчает разработку. Программа на интерпретируемом языке может быть зачастую запущена на разных типах машин и операционных систем без дополнительных усилий. Однако интерпретируемые программы выполняются заметно медленнее, чем компилируемые, кроме того, они не могут выполняться без дополнительной программы-интерпретатора.

Примерами интерпретируемых языков являются PHP, Perl, Ruby, Python, JavaScript. К интерпретируемым языкам также можно отнести все скриптовые языки.

Многие языки в наши дни имеют как компилируемые, так и интерпретируемые реализации, сводя разницу между ними к минимуму. Некоторые языки, например, Java и C#, находятся между компилируемыми и интерпретируемыми. А именно, программа компилируется не в машинный язык, а в машинно-независимый код низкого уровня, байт-код. Далее байт-код выполняется виртуальной машиной. Для выполнения байт-кода обычно используется интерпретация, хотя отдельные его части для ускорения работы программы могут быть транслированы в машинный код непосредственно во время выполнения программы по технологии компиляции «на лету». Для Java байт-код исполняется виртуальной машиной Java (Java Virtual Machine, JVM), для C# — Common Language Runtime.

Перепечатка статьи допускается только при указании активной ссылки на сайт itmentor.by

Хочешь получать новые статьи первым? Вступай в сообщества ITmentor Вконтакте и Facebook

Опубликован: 06-01-2017 45936 Поделиться:

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:

• Независимость от платформы; ; ;
• Меньший размер исполняемых файлов: .

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

Байткод-языки — это такие языки, которые используют для исполнения кода как компиляцию, так и интерпретацию. Java и фреймворк .NET — это типичные примеры байткод-языков. На самом деле, Java Virtual Machine (JVM) — это настолько популярная виртуальная машина для интерпретации байткода, что на ней работают реализации нескольких языков. Кстати, недавно стало известно, что в новой версии Java будет также поддерживаться и статическая компиляция.

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.

Какие бывают языки программирования?

Студенты периодически спрашивали меня какой язык программирования учить чтобы получить хорошую работу и зарплату. Конечно, я не мог сказать учите этот язык, а этот не учите и будет вам счастье. Но зато мог дать информацию о языках программирования чтобы этот выбор был легче. Проклассифицируем языки программирования с семи сторон: Модные и не модные • Компилируемые и интерпретируемые • Универсальные и специализированные • Алгоритмические и языки описания данных • Низкоуровневые и высокоуровневые • Объектно-ориентированные и языки структурного программирования • Сопутствующие Фреймворки, Библиотеки и Технологии.

Первый способ классификации, в котором есть доля шутки: Модные или популярные языки программирования, и вышедшие из моды или активного применения

Почему некоторые языки становятся модными, а о других почему-то забывают? Во-первых, смена технологий. Например, во времена операционной системы MS DOS, которая работала на 16-битных процессорах Intel, огромной популярностью пользовались языки Турбо C и Турбо Паскаль. А владеющие Ассемблером программисты считались элитой. Но, по понятным причинам, мы теперь не пользуемся ни этими устаревшими процессорами, ни системой MS DOS, так что языки отпали сами собой. Хотя мне, например, они до сих пор очень нравятся.

Другая ситуация с языком Delphi, который был продолжением Турбо Паскаля, и который был очень популярен во времена первых 32-х битных версий Windows, однако не выдержал конкуренции с другими языками программирования, в том числе от компании Microsoft, которые развивались более активно.

Это может быть и победа в конкуренции двух аналогичных языков, например, таких как JScript от Microsoft для веб-браузеров и JavaScript, первоначально представленный компанией Netscape. Популярным JavaScript стал за счет большей открытости и поддержки большим числом компаний разработчиков.

Языки С и С++ долгое время остаются популярными благодаря мнению о высокой эффективности программ, которые написаны на них. В общем, так оно и есть. Однако, постепенно другие языки программирования стали приобретать популярность не только за эффективность выполнения, но и за легкость в изучении, написании и поддержке программ, чего нельзя с уверенностью сказать о C++.

За большие возможности и гибкость С++ требует от программиста дисциплины и культуры программирования, иначе, как шутят программисты, он может превратиться из языка написания программ в язык для написания ошибок.

Несмотря на провозглашаемый стандарт языков C и C++, программы, написанные для компиляторов разных фирм редко когда бывают полностью совместимы по исходным кодам. Эту особенность тоже надо учитывать при его изучении.

Один из конкурентов C++, язык С# (читается ‘си шарп’) появился и стал популярным с приходом новой технологии от Microsoft — .Net.

А язык TypeScript получил популярность в качестве ответа на проблему сложности поддержки программ написанных на JavaScript, языке, который сам по себе достаточно популярен.

Из современных популярных языков стоит отметить Python из-за сравнительной простоты изучения, открытости, и возможности применения в различных предметных областях, таких как веб, искусственный интеллект, компьютерные игры.

Практически у каждого языка программирования есть своя группа фанатов, хотя популярность сегодня совсем не означает популярность в ближайшем будущем или что популярный язык обязательно станет полезен именно вам. В общем, выбор всегда за вами.

2. Компилируемые и Интерпретируемые

Компилируемые: С, С++, Pascal
Интерпретируемые: Visual Basic Script (VBScript), JavaScript, Python, PHP
Условно компилируемые: C# и остальные языки .Net, Java для Java-машины

Любая программа на языке программирования это прежде всего текст. Текст понятен человеку, и сравнительно легко может быть обработан компьютером, потому что буквы и другие текстовые символы в компьютере представлены некими целыми числами, их еще называют кодами символов. Программа, которая обрабатывает текст на языке программирования и создает по нему последовательность команд микропроцессора называется компилятор. То есть компилятор переводит числа, которые человек воспринимает как текст в другие числа, которые компьютер воспринимает как команды микропроцессора.

Языки, для которых требуется компилятор, называются компилируемыми. Чтобы запустить такую программу, мало просто написать ее. Надо еще прогнать ее через компилятор, получить исполняемый модуль, например, в операционной системе Windows это файл с расширением .exe, и только после этого запустить его на выполнение.

Такая схема, конечно, не всех устраивала и программисты придумали языки, которым не требуется компилятор. Для таких языков перевод текста в команды микропроцессора происходит незаметно сразу после запуска текстовой программы. Правда, для этого текстовая программа должна запускаться под управлением другой уже готовой программы, которая называется Интерпретатор. Интерпретатор и делает эту незаметную компиляцию. Языки для которых требуется интерпретатор назвали Интерпретируемыми.

Главное отличие компилируемых языков от интерпретируемых в скорости выполнения программ. Считается, что программы написанные на компилируемых языках выполняются быстрее чем на интерпретируемых. Но сам процесс написания и тестирования интерпретируемой программы проходит проще, так как нет необходимости в промежуточном шаге компиляции.

Для некоторых языков, таких как С#, компиляция проходит особым образом в два этапа. Дело в том, что в среде .Net программа на C# после компиляции становится не набором команд микропроцессора, а преобразуется в программу на еще одном промежуточном языке CIL — Common Intermediate Language, (ранее называвшийся MSIL — Microsoft Intermediate Language), которая для запуска передается на вход Just-In-Time (JIT) компилятору .Net. Такая последовательность преобразований из одного языка в другой позволяет не заботиться о типе микропроцессора установленного в компьютере и дает большую универсальность для работы программ.

Похожим образом, программа на TypeScript сначала компилируется в текстовую программу, или, как говорят, в код на JavaScript, который затем уже может быть выполнен интерпретатором JavaScript. Такое усложнение позволяет воспользоваться преимуществами строгой типизации данных и отловом ошибок на этапе компиляции, которые доступны в TypeScript.

3. Универсальные и специализированные

Классификация говорит сама за себя. Есть языки, на которых можно в принципе написать любую программу, но не всегда это можно сделать, например, быстро. Или такая программа не обязательно будет оптимально быстро работать. Типичный универсальный язык всех времен и народов: С++. И в этом его большой плюс. А, может, даже два плюса )).

Специализация в языках программирования касается, как правило, либо предметной области, например, математические вычисления (Fortran, F#), искусственный интеллект (LISP), веб-разработка (PERL, PHP), компьютерные игры (Unity, Lua), бухгалтерия (1С) и т.д., либо какой-то технологии программирования, например, многопоточность как в языке Cи-Омега (Cw) или способ записи операторов как в F#.

Для разных областей приложений создаются свои языки или скрипты. Особенно это относится к компьютерным играм, в которых переплетаются сразу несколько видов искусства, науки и технологии. Но системы разработки игр также используют и уже известные языки, например, Python в системе нарративных игр Ren’Py или язык Swift для устройств Apple.

Универсальные: семейство Pascal/Delphi, C/C++, C#, Java
Специализированные:
Математические вычисления: Fortran, F#
Математическое моделирование: MatLab, Wolfram (Mathematica)
Искусственный интеллект: LISP,
На основе передачи сообщений: Small Talk,
Многопоточные приложения Cw,
Веб-разработка: Perl, PHP, JavaScript
Базы данных: SQL
Компьютерные игры: Lua, Unity, Godot, Twine
Компьютерная графика: MEL (Maya), MAX Script (3ds Max)
Бухгалтерия: 1С

4. Алгоритмические и Языки описания данных

Алгоритмические: Pascal, C++, Java, C#
Языки описания данных: XML, XAML, JSON, HTML, DDL SQL

Алгоритмические языки, конечно, тоже умеют описывать данные, но в основном предназначены для создания больших и сложных программ, которые описывают действия, то есть алгоритмы.

Языки же описания данных предназначены только для описания данных для разных типов приложений. Эти языки можно считать необходимой нагрузкой к обычным алгоритмическим языкам. Например, если вы учите JavaScript для разработки веб-приложений, то скорее всего вам придется также изучить и синтаксис каскадных таблиц стилей CSS и язык описания данных JSON, в формате которого удобно передавать данные между веб-сервером и клиентом.

Или, например, язык работы с базами данных SQL, по сути является языком для обработки и получения данных, но также включает в себя раздел Data Definition Language или Язык Описания Данных.

Вообще, на способы описания и управления данными сейчас разработчикам приходится обращать внимания, пожалуй, не меньше чем на описание алгоритмов.

5. Низкоуровневые и Высокоуровневые

Низкоуровневые: Assembler, CIL,
Высокоуровневые: любой объектно-ориентированный или поддерживающий сложные типы данных язык.

Этот тип классификации, хоть и немного теряет актуальность, поскольку подавляющее большинство языков теперь можно отнести к высокоуровневым, но все еще имеет место, поскольку низкоуровневые языки существуют.

Эта классификация была актуальна на заре развития компьютеров, когда число доступных компиляторов можно было пересчитать по пальцам, а написать, например, драйвер клавиатуры на Ассемблере можно было в качестве развлечения в свободное время.

Напомню, что Ассемблер, это язык, команды которого максимально соответствуют командам самого микропроцессора, которые позволяют обрабатывать данные размером один, два или четыре байта, за счет чего представить на нем сложные типы данных очень и очень проблематично. Но зато по скорости выполнения программ языку Ассемблера просто нет равных.

Язык CIL, который уже упоминался выше, это в некотором смысле аналог ассемблера, но для системы .Net. Команды CIL преобразуются JIT-компилятором .Net в наборы инструкций микропроцессора в зависимости от типа самого микропроцессора, на котором установлен .Net. Как правило, программа на CIL это результат компиляции программы написанной на одном из языков высокого уровня .Net.

Кроме того, CIL это особый язык. Писать программу непосредственно на нем может оказаться слишком долго. Программы на этом языке генерируются компиляторами и используются программным обеспечением платформы .Net. Поэтому он считается языком программирования скорее для машины чем для человека.

6. Объектно-Ориентированные и Структурные языки программирования

Появление объектно-ориентированного программирования, сокращенно ООП, примерно со второй половины 80-х годов 20-го века стало настоящей технологической революцией. Это был буквально переворот, сейчас объясню почему. До ООП были популярны языки структурного программирования. И программисты были вполне счастливы писать программы на структурных языках высокого уровня, потому что в свое время это тоже было колоссальным шагом вперед.

Дело в том, что компьютер удалось создать только после титанических усилий таких гениев как Алан Тьюринг, который разработал свою теорию — машину Тьюринга, на основе которой и работают все числовые компьютеры в наши дни. Принцип машины Тьюринга, вкратце, состоит в том, что в оперативной памяти записана последовательность команд микропроцессора, в том числе команд условных или безусловных переходов на другие команды. Эти переходы на ассемблере называются JMP (англ.: jump — прыжок, переход), а в языках высокого уровня обозначаются командой GOTO (англ.: go to — перейти к чему-л.).

Для программирования компьютера первоначально существовал язык Ассемблер, команды которого почти один в один соответствуют командам микропроцессора. Теоретически, на Ассемблере можно написать любую программу, но практически перенос абстракций прикладных задач на него совсем не простое дело.

Для программирования прикладных задач, примерно с начала 70-х годов 20-го века и появилось структурное программирование, для создания которого потребовались усилия других гениев, таких как Никлаус Вирт, создатель языка Паскаль и Эдсгер Дейкстра, который первым написал о необходимости избавляться от оператора GOTO в языках высокого уровня и предложил решение как это сделать с помощью трех типов операторов и функций.

На практике это вылилось в появление языков программирования, таких как Basic, С, Паскаль, Algol, Cobol, Fortran, PL1. Разработка программ методом «сверху вниз» в структурном программировании превратилась в сплошное удовольствие. Суть ее состояла в написании набора функций, содержащих подфункции, которые можно вызывать, подставляя на вход нужные данные и получая соответствующий результат.

Таким образом, в языках структурного программирования алгоритмы на основе функций стоят как бы на первом месте, а данные для них можно брать откуда угодно. Не последнюю роль в этом сыграла идея автора кибернетики Норберта Винера о функции как о черном ящике, на вход которому можно подавать любые данные и наблюдать получаемый выход.

Для небольших задач типа сортировки данных или нахождения кратчайшего пути структурное программирование подходило идеально. Были найдены решения для большинства сложных алгоритмических задач. Появились фундаментальные труды, такие как многотомник “Искусство программирования” Дональда Кнута, который до сих пор считается настольной книгой для программистов.

Однако, увеличение сложности программ в результате привело к появлению и бо́льших шансов на внесение ошибок в программы, так как возможность подставлять любые данные на вход процедурам и функциям влекло за собой побочные эффекты. Так, например, в 1999 году космический аппарат NASA «Mars Climate Orbiter» потерпел крушение в из-за ошибки в программе — подстановки неправильных данных.

В результате появилась новая концепция объектно-ориентированного программирования, в котором во главу угла ставится, как я его называю, принцип актуальности данных, а функции становятся как бы приложением к данным, которые они должны обрабатывать. Объект это, в первую очередь, набор данных со своими функциями. В ООП вводятся ограничения на доступ функций к «чужим» данным, что уменьшает возможность непреднамеренного изменения данных и резко повышает надежность программ.

После появления объектно-ориентированных языков программирования, таких как С++, Object Pascal, Java, С#, а также новых аппаратных возможностей компьютеров, объемы программ и данных для них увеличились многократно, если не на порядки, что легко оценить хотя бы по объемам дистрибутивов программ, которые перестали помещаться сначала на дискеты, а потом и на компакт диски. А программирование снова как бы встало с головы на ноги.

Update 24.02.2021
См. также видео-версию этой главы.

7. Сопутствующие Фреймворки (Frameworks), Библиотеки и Технологии

С определенным языком программирования может быть связана технологическая цепочка или целая система программирования, которые также называют термином фреймворк.

Примеры: платформа или фреймворк .Net. Языки программирования, такие как C#, F#, работают только на этой платформе и понимание особенностей платформы важно для понимания того как работают программы, написанные на этих языках.

Для использования языка С++ от Microsoft для первых 32-х битных версий Windows программистам для создания оконных приложений также приходилось изучать библиотеку MFC.

Для разработки веб-приложений с помощью технологии MVC от Microsoft программистам также потребуется язык разметки веб-страниц Razor.

Для создания современных приложений на универсальной платформе Microsoft может потребоваться язык разметки XAML.

Другие примеры:
Ruby on Rails — серверная платформа разработки веб-приложений.
Для компьютерных игр, такие как Unity, Cocos, Unreal Engine.
Для 3D графики: OpenGL, DirectX.

Наверно, возможны и другие способы классификации языков программирования, например, со строгой типизацией и без. Но они интересны тем, кто уже разбирается в программировании, этот же обзор скорее для начинающих.

Выводы

В принципе, чем больше языков знает программист, тем увереннее себя чувствует как профессионал. Но в наше скоростное время возможно и такое, что версия языка может потерять свою актуальность буквально за полтора-два года. Например, у языка TypeScript c 2015 по 2019 год, то есть примерно за 5 лет, было выпущено, внимание, более 20-ти обновлений.

Если человек уже определился с прикладной областью, с операционной системой, с компанией в которой будет работать, то выбор языка программирования упрощается. Правда, компании могут иметь довольно экзотические требования, от которых у начинающих может просто рябить в глазах. Например, такой стек языков и технологий в описании вакансии одной из крупных российских компаний: .Net Core 3.1, Java 14, Kotlin, ElasticSearch, Lucene, Kafka, Redis, PostgreSQL, MSSQL, Airflow, Spark, Kubernetes, GitLab CI, Prometheus, Graylog, Jaeger, Grafana. Этот набор так или иначе затрагивает по крайней мере четыре языка программирования: Java, Kotlin, SQL и Lua.

Если же с компанией еще не определились, то можно начать с одного из универсальных языков программирования. Из-за повсеместного проникновения интернета, для программиста желательно хотя бы в общих чертах представлять себе что такое язык HTML, а также сопутствующие языки описания данных типа XML и JSON. Желательно также иметь представление о языке управления базами данных SQL.

Прошло то время, когда работать с одной и той же версией языка программирования можно было десятилетиями. В наше время особенность работы программиста состоит в постоянном изучении новых языков и технологий. Курсы по программированию могут быть хорошим трамплином, но основной опыт программисты получают в процессе работы, как бы учась и работая одновременно.

И напоследок, буквально за несколько лет как грибы после дождя стали появляться системы визуального программирования без программистов, например для создания веб-сайтов, такие как WordPress, Wix, Bitrix24. Для обычных пользователей они позволяют выбрать дизайн, подключиться к данным и самому запрограммировать бизнес-процессы.

Глядя на эти системы может сложиться впечатление, что программисты скоро окажутся не нужны. Но отгадайте, кто создает все эти системы программирования без программистов? Те же программисты с помощью все тех же обычных языков программирования.

Компилируемый и интерпретируемый языки: основы для начинающих разработчиков

Изучение

По мере развития компьютерной науки менялись и способы взаимодействия программистов с компьютерами, основная цель которых заключалась в том, чтобы указать им, что делать. Сегодня современные языки программирования ближе к человеческим языкам, чем двоичные инструкции, которые понимает электронный компьютер. Это поднимает вопрос о том, как эти языки программирования становятся понятными компьютерам.

Ответ частично связан с компилируемыми и интерпретируемыми языковыми реализациями, и эта статья заложит основу для изучения сходств и различий между этими концепциями. Мы кратко представим тему языков программирования и предоставим некоторые соответствующие аналогии, которые помогут вам понять, как языки программирования взаимодействуют с компьютерами.

Одно небольшое замечание: языки программирования сами по себе не компилируются и не интерпретируются и могут быть реализованы с помощью компилятора или интерпретатора. Но для простоты в этой статье мы будем ссылаться на компилируемые и интерпретируемые языки.

Широкое введение в языки программирования

На самом фундаментальном уровне компьютеры понимают машинный язык. Многословный набор инструкций, состоящий из двоичных данных (единиц и нулей), сообщает физическим компонентам или оборудованию компьютера выполнять операции и передавать информацию в разные места и, в конечном счете, выполнять задачу, которую хочет выполнить программист.

Символы в двоичном формате

A 01000001

a 01100001

B 01000010

b 01100010

C 01000011

c 01100011

В первые дни программирование электронных компьютеров было как физической работой, так и умственной. Компьютеры в основном состояли из электронных ламп, которые нужно было вручную подключать, отключать, заменять и перемещать — все это для того, чтобы гигантские машины обрабатывали уравнения. Каким бы трудоемким это ни было, программисты в своих действиях говорили на машинном языке, вводя двоичные данные для обработки информации и получения результатов. Более поздние итерации компьютерных технологий позволили программистам вводить типизированные программы на машинном языке, устраняя необходимость в танцах с электронными лампами, которые были в первые дни.

Итак, на машинном языке стало проще писать! Однако у программистов по-прежнему была огромная проблема: количество двоичного кода, необходимого для того, чтобы заставить машину выполнить даже простую команду, было (и есть) откровенно огромным.

Если машинный язык настолько сложен для основных функций сложения, представьте, сколько строк единиц и нулей вы бы увидели, если бы пытались сказать процессору обработать сложный алгоритм. Вероятно, вы можете себе представить, что программирование современного приложения на уровне машинного кода практически невозможно.

Эта проблема привела к ценному изобретению: языку ассемблера. Язык ассемблера — это своего рода сокращение или мнемоническое устройство (для обобщения), которое напрямую соотносится с двоичным кодом. Почти каждая аппаратная архитектура компьютера имеет свой собственный уникальный язык ассемблера, который транслируется в шаблоны единиц и нулей и в конечном итоге говорит компьютеру, что делать. Таким образом, работа программиста на электронных лампах была заменена ассемблером, компьютерной программой, содержащей набор инструкций, определенных разработчиками аппаратного обеспечения для перевода языка ассемблера в машинный язык.

К несчастью для программистов того времени, написание чего-либо, кроме самых простых программ на языке ассемблера, по-прежнему оказывалось не только трудным, но и отнимающим много времени. Эта проблема снова привела к созданию дополнительных языков, напрямую соотносящихся с различными аспектами языка ассемблера (уже являющегося мнемоническим приемом). Именно здесь мы начинаем видеть самые первые итерации современных языков программирования. Одним из наиболее широко используемых примеров является язык C, который больше похож на человеческий английский, как вы можете видеть в этом коде.

Эти удобочитаемые языки, называемые языками высокого уровня, могут иметь больше смысла для программиста, чем двоичный код. Но если вы попытаетесь дать компьютеру программу на языке высокого уровня, подобную приведенному выше коду, это ничего не даст. Это не потому, что компьютер имеет что-то против вас, а просто потому, что он не понимает. Это все равно, что дать вашему другу, который говорит только по-английски, руководство по испечению шоколадного торта, только оно написано на урду.

Чтобы ваш друг мог следовать руководству, его инструкции необходимо преобразовать на язык, который понимает ваш друг (английский). Это можно сделать, либо составив перевод руководства и передав его своему другу, либо интерпретировав инструкции для него, пока он выпекает. Именно здесь проводится различие между компилируемыми и интерпретируемыми языками. К счастью, большинство современных компьютеров поставляются со встроенными ассемблерами, поэтому им не потребуется перевод на уровень машинного языка (двоичного кода). Но их еще нужно перегонять на уровень ассемблерного кода.

Что такое компилируемый язык?

Компилируемые языки — это языки программирования, которые должны быть переведены в машиночитаемые инструкции с помощью компиляторов, которые представляют собой программы, преобразующие исходный код в человекочитаемый формат перед выполнением любого кода. Генерируется исполняемый файл, а затем скомпилированная программа передается на целевую машину для выполнения.

Компилируемые языки работают быстро и эффективно, так как инструкции предварительно скомпилированы на родной язык целевой машины, которая затем не нуждается в помощи при выполнении инструкций.

Некоторые примеры скомпилированных языков включают:

• C, C++, and C#
• Go
• Rust
• Haskell
• Cobol

Что такое интерпретируемый язык?

Интерпретируемые языки — это языки программирования, для которых инструкции не компилируются для целевой машины в машиночитаемой форме. Скорее, этим языкам помогает переводчик. Интерпретатор — это программа, которая транслирует высокоуровневый удобочитаемый исходный код в низкоуровневый машиночитаемый целевой код построчно во время выполнения интерпретируемой программы.

Интерпретация языка менее эффективна, поскольку интерпретатор должен присутствовать на протяжении всего процесса, но эти языки также хорошо адаптируются.

Некоторые примеры интерпретируемых языков включают:

• Python
• JavaScript
• PHP
• MATLAB
• Perl
• Ruby

Скомпилированные и интерпретированные: сравнение

Как было сказано в предыдущих двух разделах, компилируемые и интерпретируемые языки по существу выполняют одну и ту же функцию: переводят информацию с языка, понятного программисту, на язык, понятный машине. Тем не менее, у каждого есть свои преимущества и недостатки.

Compilers

• Переводите весь исходный код в машинный код перед выполнением
• Как правило, имеют более высокую скорость выполнения по сравнению с интерпретируемыми языками.
• Требуется дополнительное время перед тестированием для завершения всего шага компиляции
• Генерировать двоичный код, зависящий от платформы
• Предотвращается завершение при возникновении ошибок компиляции

Interpreters

• Преобразуйте каждую команду в исходном коде в машинный код, а затем выполните ее, прежде чем переходитьк следующей команде.
• Как правило, имеют более низкую скорость выполнения,чем скомпилированные языки, потому что они переводят исходный код во время выполнения.
• Часто более гибкие, с такими функциями, как динамическая типизация и меньший размер программы.
• Генерировать двоичный код, не зависящий от платформы,поскольку интерпретаторы сами выполняют исходный код программы.
• Отладка исходного кода во время выполнения

Компилируемые языки очень эффективны с точки зрения требований к обработке, поскольку они не требуют дополнительной мощности, потребляемой интерпретатором. В результате они могут надежно работать очень быстро с минимальными перерывами и использовать в процессе меньше ресурсов компьютера. Однако, когда программист хочет обновить программное обеспечение, написанное на скомпилированном языке, необходимо отредактировать, перекомпилировать и перезапустить всю программу.

Вернемся к аналогии с выпечкой. Представьте, что переводчик только что скомпилировал весь рецепт шоколадного торта в несколько шагов и обнаружил, что днем ​​позже вы (программист) открыли новый процесс изготовления одного компонента. К сожалению, вы говорите и пишете только на урду, и весь рецепт и весь процесс зависят от нового компонента. Мало того, что вы должны написать весь рецепт заново, но и переводчик (компилятор) должен снова выполнить весь процесс.

Теперь представьте тот же сценарий с интерпретируемым языком. Поскольку переводчик присутствует все время, пока ваш друг готовит выпечку, вы можете очень легко попросить переводчика попросить вашего друга ненадолго остановиться. Затем вы можете сами переписать новую часть процедуры, отредактировать затронутые компоненты рецепта и указать интерпретатору возобновить процесс с новой реализованной процедурой. Несмотря на то, что с интерпретатором процесс менее эффективен, редактирование инструкций (программы) намного проще.

Однако представьте, что у вас есть проверенный временем рецепт чего-то вроде яблочного пирога. Бабушка и дедушка ваших бабушек и дедушек передали ее вам, и она не изменилась за более чем столетие. Рецепт отличный, и добавление к нему сослужило бы медвежью услугу. В этом сценарии компилируемый язык является королем. Ваш друг (компьютер) мог уверенно читать и выполнять инструкции (программу) самым эффективным способом до скончания века без необходимости разрушительных итераций.

В реальном мире скомпилированные языки предпочтительнее для ресурсоемкого программного обеспечения, требующего интенсивного использования ресурсов, или в распределенной системе, где ключевым фактором является оптимальная производительность процессора. Интерпретируемые языки предпочтительны для менее ресурсоемких приложений, где ЦП не является узким местом, таких как пользовательские интерфейсы. Еще одним вариантом использования интерпретируемых языков была разработка на стороне сервера до появления контейнеров. Поскольку процессор проводил большую часть времени в ожидании запросов или ответов от базы данных, неоптимальная производительность процессора не вызывала беспокойства.

Начните с языков программирования

Компилируемые и интерпретируемые языки существуют по разным причинам. Именно благодаря этим инновациям современные приложения могут так многого добиться, и если бы не программисты с электронными лампами на заре вычислительной техники, не существовало бы ни одной категории.

К настоящему моменту вы должны иметь общее представление о различиях между компилируемыми и интерпретируемыми языками, но мы лишь дали вам общее введение в эту тему. Для следующих шагов вашего пути обучения вы можете узнать, как пересекаются эти типы языков, а также углубиться в программирование каждого типа. Вы также можете прочитать о более сложных темах, таких как JIT-компиляция, компиляция байт-кода и объектный код.