Особенности построения интерпретаторов

Простейшим способом реализации интерпретатора можно было бы считать вариант, когда исходная программа сначала полностью транслируется в машинные команды, а затем сразу же выполняется. В такой реализации интерпретатор, по сути, мало бы чем отличался от компилятора с той лишь разницей, что результирующая программа в нем была бы недоступна пользователю. Недостатком такого интерпретатора было бы то, что пользователь должен был бы ждать компиляции всей исходной программы прежде, чем начнется ее выполнение. По сути, в таком интерпретаторе не было бы никакого особого смысла – он не давал бы никаких преимуществ по сравнению с аналогичным компилятором.

Поэтому подавляющее большинство интерпретаторов действует так, что исполняет исходную программу последовательно, по мере ее поступления на вход интерпретатора. Тогда пользователю не надо ждать завершения компиляции всей исходной программы. Более того, он может последовательно вводить исходную программу и тут же наблюдать результат ее выполнения по мере ввода команд.

При таком порядке работы интерпретатора проявляется существенная особенность, которая отличает его от компилятора, – если интерпретатор исполняет команды по мере их поступления, то он не может выполнять оптимизацию исходной программы. Следовательно, фаза оптимизации в общей структуре интерпретатора будет отсутствовать. В остальном же она будет мало отличаться от структуры аналогичного компилятора. Следует только учесть, что на последнем этапе – генерации кода – машинные команды не записываются в объектный файл, а выполняются по мере их порождения.

Далеко не все языки программирования допускают построение интерпретаторов, которые могли бы выполнять исходную программу по мере поступления команд. Для этого язык должен допускать возможность существования компилятора, выполняющего разбор исходной программы за один проход. Кроме того, язык не может интерпретироваться по мере поступления команд, если он допускает появление обращений к функциям и структурам данных раньше их непосредственного описания. Поэтому данным методом не могут интерпретироваться такие языки, как С и Pascal.

Отсутствие шага оптимизации ведет к тому, что выполнение программы с помощью интерпретатора является менее эффективным, чем с помощью аналогичного компилятора. Кроме того, при интерпретации исходная программа должна заново разбираться всякий раз при ее выполнении, в то время как при компиляции она разбирается только один раз, а после этого всегда используется объектный файл. Таким образом, интерпретаторы всегда проигрывают компиляторам в производительности.

Преимуществом интерпретатора является независимость выполнения программы от архитектуры целевой вычислительной системы. В результате компиляции получается объектный код, который всегда ориентирован на определенную архитектуру. Для перехода на другую архитектуру целевой вычислительной системы программу требуется откомпилировать заново. А для интерпретации программы необходимо иметь только ее исходный текст и интерпретатор с соответствующего языка.

Интерпретаторы долгое время значительно уступали в распространенности компиляторам. Как правило, интерпретаторы существовали для ограниченного круга относительно простых языков программирования (таких, например, как Basic). Высокопроизводительные профессиональные средства разработки программного обеспечения строились на основе компиляторов.

Новый импульс развитию интерпретаторов придало распространение глобальных вычислительных сетей. Такие сети могут включать в свой состав ЭВМ различной архитектуры, и тогда требование единообразного выполнения на каждой из них текста исходной программы становится определяющим. Поэтому с развитием глобальных сетей и распространением всемирной сети Интернет появилось много новых систем, интерпретирующих текст исходной программы. Многие языки программирования, применяемые во Всемирной сети, предполагают именно интерпретацию текста исходной программы без порождения объектного кода.

В современных системах программирования существуют реализации программного обеспечения, сочетающие в себе и функции компилятора, и функции интерпретатора – в зависимости от требований пользователя исходная программа либо компилируется, либо исполняется (интерпретируется). Кроме того, некоторые современные языки программирования предполагают две стадии разработки: сначала исходная программа компилируется в промежуточный код (некоторый язык низкого уровня), а затем этот результат компиляции выполняется с помощью интерпретатора данного промежуточного языка.

Широко распространенным примером интерпретируемого языка может служить HTML (Hypertext Markup Language) – язык описания гипертекста. На его основе в настоящее время функционирует практически вся структура сети Интернет. Другой пример – языки Java и JavaScript – сочетают в себе функции компиляции и интерпретации. Текст исходной программы компилируется в некоторый промежуточный двоичный код, не зависящий от архитектуры целевой вычислительной системы, этот код распространяется по сети и выполняется на принимающей стороне – интерпретируется.

Статьи к прочтению:

001. Построение компилятора на базе LLVM — Павел Сычев

Похожие статьи: