транслятор автоматически переводящий исходный текст программы в машинный код
Транслятор автоматически переводящий исходный текст программы в машинный код
Компилятор (англ. compiler — составитель, собиратель) читает всю программу целиком, делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном языке, который затем и выполняется.
Компилятор обеспечивает преобразование программы с одного языка на другой. Команды исходного языка сильно отличаются по организации и мощности, нежели команды машинного языка. Бывают такие, в которых одна команда исходного языка транслируется в 7-10 машинных команд. Существуют даже такие, в которых в каждой команде может соответствовать более 100 машинных команд (например язык программирования Пролог). В исходных языках довольно часто используется строгая типизация данных, которая осуществляется через их предварительное описание. Программирование на таких языках может опираться не только на кодирование алгоритма, но и на тщательное обдумывание структур данных или классов. Весь процесс трансляции с таких языков программирования обычно называется компиляцией, а исходные языки обычно относятся к языкам высокого уровня.
Интерпретатор (англ. interpreter — истолкователь, устный переводчик) переводит и выполняет программу строка за строкой.В отличие от компилятора, интерпретатор не порождает на выходе программу на машинном языке. Распознав команду исходного языка, он тут же выполняет ее. Как в компиляторах, так и в интерпретаторах используются одинаковые методы анализа исходного текста программы. Но интерпретатор позволяет начать обработку данных после написания даже одной команды. Это делает процесс разработки и отладки программ более гибким. Кроме того, отсутствие выходного машинного кода позволяет не «захламлять» внешние устройства дополнительными файлами, а сам интерпретатор можно достаточно легко адаптировать к любым машинным архитектурам, разработав его только один раз на широко распространенном языке программирования. Поэтому, интерпретируемые языки, типа Java Script, VB Script, получили широкое распространение. Недостатком интерпретаторов является низкая скорость выполнения программ. Обычно интерпретируемые программы выполняются в 50-100 раз медленнее программ, написанных в машинных кодах.
Урок 15
Системное программное обеспечение. Системы программирования
§40. Системное программное обеспечение. §41. Системы программирования
Содержание урока
§40. Системное программное обеспечение
§41. Системы программирования
Трансляторы
§41. Системы программирования
Трансляторы
Основа любой системы программирования — транслятор.
Транслятор — это программа, которая переводит в машинные коды тексты программ, написанных на языке высокого уровня.
Существуют два типа трансляторов: интерпретаторы и компиляторы.
Интерпретатор анализирует текст программы по частям. Разобрав очередной фрагмент, он немедленно выполняет описанные в нем действия и переходит к обработке следующего фрагмента.
Достоинства интерпретаторов:
• программы переносимы (программа будет работать в любой системе, где установлена программа-интерпретатор);
• удобно отлаживать программу.
Есть и существенные недостатки.
• программу невозможно выполнить, если не установлен интерпретатор;
• программы выполняются медленно (в цикле из 100 шагов каждая строчка 100 раз «разбирается» интерпретатором);
• в тех частях программы, которые не выполнялись во время отладки, могут оставаться синтаксические ошибки.
Второй тип трансляторов — компиляторы. Они, в отличие от интерпретаторов, сразу переводят всю программу в машинный код и строят исполняемый файл, готовый к запуску.
Достоинства компиляторов:
• чтобы запустить программу, не нужно устанавливать транслятор;
• поскольку программа уже переведена в машинные коды, она выполняется значительно быстрее, чем при использовании интерпретатора.
Недостатки тоже есть:
1 Многие программы, разработанные для ОС Windows, могут быть запущены в Linux с помощью программы-оболочки Wine (www.winehq.org).
Чтобы как-то совместить достоинства интерпретаторов и компиляторов, была предложена идея компиляции программы в некоторый промежуточный исполняемый код (псевдокод, P-код), а не сразу в команды конкретного процессора. Для выполнения такого псевдокода нужна специальная среда — виртуальная машина, которую в принципе можно разработать для любого процессора и любой операционной системы.
Программа сначала обрабатывается компилятором, который строит псевдокод, а потом этот псевдокод выполняется интерпретатором.
Таким образом,
• при компиляции в псевдокод проверяются все синтаксические ошибки, поэтому при выполнении такую проверку делать не нужно; это значительно ускоряет работу программ в сравнении с интерпретацией;
• обеспечивается переносимость программ — можно выполнять программу (псевдокод) на любом компьютере, где есть виртуальная машина.
Байт-код — это разновидность псевдокода, в котором команда занимает 1 байт, а далее следуют её аргументы (или их адреса). Современные версии интерпретируемых языков Perl, РНР, Python используют компиляцию в байт-код для ускорения выполнения программы.
Готовые программы на Java распространяются в виде байт-кода, поэтому для их выполнения необходимо установить виртуальную Java-машину. При этом для ускорения работы часто используется JIT-компиляция (англ. JIT — just-in-time — в это самое время), при которой байт-код «на лету» преобразуется в команды конкретного процессора. Тогда при повторном выполнении команды трансляция уже не нужна.
Следующая страница 
Состав системы программирования
Cкачать материалы урока
Содержание урока
§40. Системное программное обеспечение
§41. Системы программирования
Трансляторы
§42. Инсталляция программ
§41. Системы программирования
Трансляторы
Основа любой системы программирования — транслятор.
Транслятор — это программа, которая переводит в машинные коды тексты программ, написанных на языке высокого уровня.
Существуют два типа трансляторов: интерпретаторы и компиляторы.
Интерпретатор анализирует текст программы по частям. Разобрав очередной фрагмент, он немедленно выполняет описанные в нем действия и переходит к обработке следующего фрагмента.
Достоинства интерпретаторов:
• программы переносимы (программа будет работать в любой системе, где установлена программа-интерпретатор);
• удобно отлаживать программу.
Есть и существенные недостатки.
• программу невозможно выполнить, если не установлен интерпретатор;
• программы выполняются медленно (в цикле из 100 шагов каждая строчка 100 раз «разбирается» интерпретатором);
• в тех частях программы, которые не выполнялись во время отладки, могут оставаться синтаксические ошибки.
Второй тип трансляторов — компиляторы. Они, в отличие от интерпретаторов, сразу переводят всю программу в машинный код и строят исполняемый файл, готовый к запуску.
Достоинства компиляторов:
• чтобы запустить программу, не нужно устанавливать транслятор;
• поскольку программа уже переведена в машинные коды, она выполняется значительно быстрее, чем при использовании интерпретатора.
Недостатки тоже есть:
1 Многие программы, разработанные для ОС Windows, могут быть запущены в Linux с помощью программы-оболочки Wine (www.winehq.org).
Чтобы как-то совместить достоинства интерпретаторов и компиляторов, была предложена идея компиляции программы в некоторый промежуточный исполняемый код (псевдокод, P-код), а не сразу в команды конкретного процессора. Для выполнения такого псевдокода нужна специальная среда — виртуальная машина, которую в принципе можно разработать для любого процессора и любой операционной системы.
Программа сначала обрабатывается компилятором, который строит псевдокод, а потом этот псевдокод выполняется интерпретатором.
Таким образом,
• при компиляции в псевдокод проверяются все синтаксические ошибки, поэтому при выполнении такую проверку делать не нужно; это значительно ускоряет работу программ в сравнении с интерпретацией;
• обеспечивается переносимость программ — можно выполнять программу (псевдокод) на любом компьютере, где есть виртуальная машина.
Байт-код — это разновидность псевдокода, в котором команда занимает 1 байт, а далее следуют её аргументы (или их адреса). Современные версии интерпретируемых языков Perl, РНР, Python используют компиляцию в байт-код для ускорения выполнения программы.
Следующая страница Состав системы программирования
Cкачать материалы урока
Трансляторы и их виды
Поскольку текст, записанный на языке программирования, непонятен компьютеру, то требуется перевести его на машинный код. Такой перевод программы с языка программирования на язык машинных кодов называется трансляцией, а выполняется она специальными программами – трансляторами.
В настоящее время трансляторы разделяются на три основные группы: ассемблеры, компиляторы и интерпретаторы.
Вместе с тем, язык ассемблера, кроме аналогов машинных команд, содержит множество дополнительных директив, облегчающих, в частности, управление ресурсами компьютера, написание повторяющихся фрагментов, построение многомодульных программ. Поэтому выразительность языка намного богаче, чем просто языка символического кодирования, что значительно повышает эффективность программирования.
Эмуляторы используются достаточно часто в самых различных целях. Например, при разработке новых вычислительных систем, сначала создается эмулятор, выполняющий программы, разрабатываемые для еще несуществующих компьютеров. Это позволяет оценить систему команд и наработать базовое программное обеспечение еще до того, как будет создано соответствующее оборудование.
Очень часто эмулятор используется для выполнения старых программ на новых вычислительных машинах. Обычно новые компьютеры обладают более высоким быстродействием и имеют более качественное периферийное оборудование. Это позволяет эмулировать старые программы более эффективно по сравнению с их выполнением на старых компьютерах.
Макропроцессоры используются и с языками высокого уровня. Они увеличивают функциональные возможности таких языков как PL/1, C, C++. Особенно широко макропроцессоры применяются в C и C++, позволяя упростить написание программ. Макропроцессоры повышают эффективность программирования без изменения синтаксиса и семантики языка.
Любой транслятор выполняет следующие основные задачи:
- анализирует транслируемую программу, в частности определяет, содержит ли она синтаксические ошибки;
— генерирует выходную программу (ее часто называют объектной) на языке машинных команд;
— распределяет память для объектной программы.
Транслятор
Содержание
Транслятор обычно выполняет также диагностику ошибок, форирует словари идентификаторов, выдаёт для печати тексты программы и т. д.
Трансляция программы — преобразование программы, представленной на одном из языков программирования, в программу на другом языке и, в определённом смысле, равносильную первой.
Язык, на котором представлена входная программа, называется исходным языком, а сама программа — исходным кодом. Выходной язык называется целевым языком или объектным кодом.
Понятие трансляции относится не только к языкам программирования, но и к другим компьютерным языкам, вроде языков разметки, аналогичных HTML, и к естественным языкам, вроде английского или русского. Однако данная статья только о языках программирования, о естественных языках см.: Перевод.
Виды трансляторов
Реализации
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.
Язык процессоров (машинный код) обычно является низкоуровневым. Существуют платформы, использующие в качестве машинного язык высокого уровня (например, iAPX-432
Шаблон:Начало цитаты Можно привести ряд других примеров, в которых архитектура разработанных серий вычислительных машин базировалась или сильно зависела от некоторой модели структуры программы. Так, серия GE/Honeywell Multics основывалась на семантической модели выполнения программ, написанных на языке ПЛ/1. В Шаблон:Не переведено B5500, B6700 … B7800 прототипом послужила модель программы этапа выполнения, написанной на расширенном языке Алгол. …
Процессор i432, подобно этим ранним архитектурам, также базируется на семантической модели структуры программы. Однако, в отличие от своих предшественников, i432 не основывается на модели некоторого конкретного языка программирования. Вместо этого, основной целью разработчиков было обеспечение непосредственной поддержки на этапе выполнения как для абстрактных данных (то есть программирование с абстрактными типами данных), так и для доменно-ориентированных операционных систем. …
Язык Ада поддерживает объектно-базированное программирование, что и послужило причиной выбора его в качестве основного языка программирования для i432. Шаблон:Конец цитаты ), но они являются исключением из правила в силу сложности и дороговизны. Транслятор, который преобразует программы в машинный язык, принимаемый и исполняемый непосредственно процессором, называется компилятором.
Процесс компиляции как правило состоит из нескольких этапов: лексического, синтаксического и Шаблон:Не переведено, генерации промежуточного кода, оптимизации и генерации результирующего машинного кода. Помимо этого, программа как правило зависит от сервисов, предоставляемых операционной системой и сторонними библиотеками (например, файловый ввод-вывод или графический интерфейс), и машинный код программы необходимо связать с этими сервисами. Связывание со статическими библиотеками выполняется редактором связей или компоновщиком (который может представлять из себя отдельную программу или быть частью компилятора), а с операционной системой и динамическими библиотеками связывание выполняется при начале исполнения программы загрузчиком.
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.
Противоположный метод реализации — когда программа исполняется с помощью интерпретатора вообще без трансляции. 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. 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 кешируются, 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.
Смешение понятий трансляции и интерпретации
Трансляция и интерпретация — разные процессы: трансляция занимается переводом программ с одного языка на другой, а интерпретация отвечает за исполнение программ. Однако, поскольку целью трансляции как правило является подготовка программы к интерпретации, то эти процессы обычно рассматриваются вместе. Например, языки программирования часто характеризуются как «компилируемые» или «интерпретируемые», в зависимости от того, преобладает при использовании языка компиляция или интерпретация. Причём практически все языки программирования низкого уровня и третьего поколения, вроде ассемблера, Си или Модулы-2, являются компилируемыми, а более высокоуровневые языки, вроде Python или SQL, — интерпретируемыми.
С другой стороны, существует взаимопроникновение процессов трансляции и интерпретации: интерпретаторы могут быть компилирующими (в том числе с динамической компиляцией), а в трансляторах может требоваться интерпретация для конструкций метапрограммирования (например, для макросов в языке ассемблера, условной компиляции в Си или для шаблонов в C++).
Более того, один и тот же язык программирования может и транслироваться, и интерпретироваться, и в обоих случаях должны присутствовать общие этапы анализа и распознавания конструкций и директив исходного языка. Это относится и к программным реализациям, и к аппаратным — так, процессоры семейства x86 перед исполнением инструкций машинного языка выполняют их декодирование, выделяя в опкодах поля операндов (регистров, адресов памяти, непосредственных значений), разрядности и т. п.