Компиляторы, интерпретаторы и байт-код
Компиляторы — это программы, которые преобразуют исходные тексты программ, написанные на языке программирования высокого уровня, в программу на машинном языке, «понятную» компьютеру.
Определение
Компиляторы — это программы, которые преобразуют исходные тексты программ, написанные на языке программирования высокого уровня, в программу на машинном языке, «понятную» компьютеру. Полученный код, называемый исполняемой программой, можно устанавливать и запускать на нужном компьютере без дополнительных преобразований. Интерпретаторы выполняют аналогичную функцию, но делают это построчно всякий раз во время исполнения программы. Байт-код — это промежуточный подход, при котором программа преобразуется в промежуточный двоичный вид, интерпретируемый некой «виртуальной машиной» во время исполнения.
Причиной вновь вспыхнувшего интереса к компиляторам стало появление быстрых и сложных 64-разрядных микропроцессоров, типичным представителем которых можно считать Intel Itanium. Все усовершенствования в архитектуре процессоров, такие как распараллеливание и предсказание ветвления, а также возможность резкого увеличения производительности, окажутся бесполезны до тех пор, пока программисты не начнут их реально использовать.
Что такое компилятор и интерпретатор ? Их основные отличия.
Забота о создании кода, ориентированного на эффективную параллельную обработку, серьезно усложняет и без того непростую задачу современного программирования. В итоге ответственность за увеличение производительности, на которое потенциально способны будущие 64-разрядные процессоры, ложится на компиляторы нового поколения.
Компиляторы, которым предстоит обеспечить значительное увеличение скорости вычислений, уже создаются в исследовательских лабораториях ряда компаний — Hewlett-Packard, Intel, MetaWare, Microsoft и других. В феврале прошлого года компания Silicon Graphics объявила о том, что ее оптимизированные компиляторы позволяют увеличить на 30-100% по сравнению с существующими продуктами производительность программ, работающих на компьютерах с процессорами Itanium и операционной системой Linux.
Как и их предшественники, оптимизированные компиляторы преобразуют программы на высокоуровневом языке в машинный код. Однако помимо этого они гарантируют максимально эффективное использование памяти (и в первую очередь процессорного кэша и механизма распараллеливания).
Например, процессоры Itanium предназначены для того, чтобы одновременно обрабатывать до шести команд на каждый такт процессора. Но для этого компилятор должен поддерживать стабильную передачу данных через конвейер команд.
Одна из возможных методик состоит в объединении часто используемых команд в группы, которые процессор может обрабатывать одновременно. Оптимизированные компиляторы также максимально используют свободные такты процессора за счет предсказания ветвления, пытаясь заранее определить результат команд наподобие GOTO и тем самым уберечь процессор от необходимости искать требуемые данные по всей программе. Метод спекулятивных вычислений предполагает, что оптимизированный компилятор загружает команды с некоторым упреждением.
Основы программирования #2 Компилятор и интерпретатор
Другие пути
Интерпретаторы также преобразуют код, написанный на языке программирования высокого уровня, но они делают это построчно всякий раз, когда программа запускается на выполнение. Для того чтобы программа была «понятна» компьютеру, на котором предполагается исполнять высокоуровневый код непосредственно, на нем также должна работать программа интерпретации. Интерпретаторы полезны для тестирования нового или модифицированного кода или при обучении программированию.
Заранее скомпилированное программное обеспечение работает быстрее, чем интерпретируемые программы, поэтому скомпилированные программы предпочтительны для крупных и устоявшихся приложений. За это приходится расплачиваться зависимостью исполняемого кода от конкретной аппаратной платформы. Но такой подход не всегда оправдывает себя в случае с Internet-апплетами, для которых нельзя сказать априори, в какой именно среде они будут работать.
Идеология Java опирается на третий, своего рода компромиссный подход — байт-код. При использовании байт-кода высокоуровневые программы преобразуются в промежуточный вид, способный исполняться на различных аппаратных платформах. Байт-код Java преобразуется в машинный код с помощью специального интерпретатора, называемого виртуальной машиной Java (Java Virtual Machine — JVM). JVM формирует выделенное пространство в памяти, которое отделено от памяти основной системы, для хранения байт-кода и порождаемых структур.
Использование динамических (just-in-time, JIT — «точно в срок») компиляторов увеличивает производительность Java-приложений. В этом случае не JVM исполняет байт-код, а JIT-компилятор преобразует его в «родной» для данной машины код. Таким образом, с одной стороны, повышается производительность скомпилированного кода, а с другой — сохраняется переносимость, свойственная Java.
Hewlett-Packard придерживается аналогичной тактики со своим TurboChai — средой Java для встроенных приложений. В TurboChai производительность увеличивается за счет преобразования наиболее часто используемого кода в данном встроенном приложении. С помощью выборочной компиляции в HP стараются оптимальным образом управлять использованием памяти, в то же время достигая скоростей, сравнимых с теми, которых позволяют добиться JIT-компиляторы. TurboChai использует байт-код Java в качестве входной информации и генерирует исходные тексты ANSI C, а затем использует любой компилятор для языка Си для получения оптимизированного «родного» машинного кода.
В прошлом году Microsoft анонсировала C#, объектно-ориентированный язык программирования, согласованный с XML. Корпорация подает новый язык как логическое продолжение Си и C++ для Web-приложений. Ключевыми модулями станут Common Language Runtime для C# и специальный компилятор, который преобразует текст, написанный на традиционных языках Кобол, Perl, Фортран или других, в промежуточный язык, который будет работать на новой платформе Microsoft .Net.
Конечные пользователи вряд ли будут уделять много внимания компиляторам. Тем не менее может появиться новое поколение компиляторов, позволяющих увеличить производительность до уровня, позволяющего убедить профессионалов в необходимости использовать 64-разрядные аппаратные архитектуры.
| Инструментарий | Что нового | Цели |
| Оптимизированные компиляторы | Обеспечивают высокую производительность процессорной обработки за счет распараллеливания, предсказания ветвлений и спекулятивных вычислений | Помогают реализовать потенциал 64-разрядных процессоров |
| JIT-компиляторы | В реальном времени компилируют код | Увеличивают производительность интерпретируемых языков, таких как Java |
| «Выборочные» компиляторы | Компилируют только часто используемый код | Увеличивают производительность, не тратя понапрасну дорогостоящие ресурсы памяти |
Источник: www.osp.ru
Основы компиляторов
Аннотация: Основные понятия. Компиляторы и интерпретаторы. Входной язык, целевой язык, язык реализации. T-диаграммы. Прямой компилятор. Раскрутка. Кросс-трансляторы. Виртуальные машины.
Компиляция «на лету».
Основные задачи компиляторов
Компьютеры сами по себе способны выполнять только очень ограниченный набор операций, называемых машинными кодами. В старые времена, когда появились первые компьютеры, программы писались в машинных кодах, представляющих собой последовательности двоичных чисел, однозначно воспринимаемых компьютером. В конце 50-х кодов прошлого века появились первые языки программирования, такие как язык ассемблера и Фортран. Для того, чтобы компьютер мог понять программу, написанную на каком-то языке программирования, необходим переводчик ( транслятор ) такой программы в машинные коды. Отметим, что, если оператор языка ассемблера отображается при трансляции чаще всего 1 Некоторые операторы языка ассемблера, например, такие, как операторы ввода/вывода, отображаются в несколько машинных команд. в одну машинную инструкцию, предложения языков более высокого уровня отображаются, вообще говоря, в несколько машинных инструкций.
Трансляторы бывают двух типов: компиляторы ( compiler ) и интерпретаторы ( interpreter ). Процесс компиляции состоит из двух частей: анализа ( analysis ) и синтеза ( synthesis ). Анализирующая часть компилятора разбивает исходную программу на составляющие ее элементы (конструкции языка) и создает промежуточное представление исходной программы. Синтезирующая часть из промежуточного представления создает новую программу, которую компьютер в состоянии понять.
Такая программа называется объектной программой. Объектная программа может в дальнейшем выполняться без перетрансляции. В качестве промежуточного представления обычно используются деревья, в частности, так называемые деревья разбора. Под деревом разбора понимается дерево , каждый узел которого соответствует некоторой операции , а сыновья этого узла — операндам.
Интерпретатор
В отличие от компилятора, интерпретатор не создает никакой новой программы, а просто выполняет каждое предложение языка программирования. Можно сказать, что результатом работы интерпретатора является «число».
Вообще говоря, интерпретатор , так же, как и компилятор , анализирует программу на входном языке, создает промежуточное представление , а затем выполняет операции , содержащиеся в тексте этой программы. Например, интерпретатор может построить дерево разбора, а затем выполнить операции , которыми помечены узлы этого дерева.
В том случае, если исходный язык достаточно прост (например, если это язык ассемблера или Basic ), то никакое промежуточное представление не нужно, и тогда интерпретатор — это простой цикл . Он выбирает очередную инструкцию языка из входного потока, анализирует и выполняет ее. Затем выбирается следующая инструкция . Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будут выполнены все инструкции, либо пока не встретится инструкция , означающая окончание процесса интерпретации.
Компилятор
Компилятор переводит программы с одного языка на другой. Входом компилятора служит цепочка символов , составляющая исходную программу на языке программирования 
Выход компилятора (объектная программа ) также представляет собой цепочку символов, но принадлежащую другому языку 
, например, языку некоторого компьютера. При этом сам компилятор написан на языке 
, возможно, отличающемся от первых двух. Будем называть язык исходным языком, язык — целевым языком, а язык — языком реализации. Таким образом, можно говорить о компиляторе как об отображении множества в множество , т.е. 
.
Отметим, что далеко не всегда исходные программы корректны с точки зрения исходного языка. Более того, некорректные программы подаются на вход компилятору значительно чаще, чем корректные — таков уж современный процесс разработки программ. Поэтому крайне важной частью процесса трансляции является точная диагностика ошибок, допущенных во входной программе.
Существует огромное количество различных языков программирования, начиная с таких традиционных языков программирования как Fortran и Pascal и кончая современными объектно-ориентированными языками такими, как C# и Java . Практически каждый язык программирования имеет какие-то особенности с точки зрения создателя транслятора. Однако мы начнем с рассмотрения разнообразных целевых языков компиляторов.
Источник: intuit.ru
Компилятор
Компиля́тор — транслятор, который осуществляет перевод всей исходной программы в эквивалентную ей результирующую программу на языке машинных команд или на языке ассемблера.
- 1 Основы
- 2 Структура компилятора
- 3 Компиляция и компоновка
- 4 Примеры компиляторов
- 5 См. также
- 6 Ссылки
Основы
Большинство компиляторов переводят программу с некоторого высокоуровневого языка программирования в низкоуровневом языке . Например, для языка Java это язык Java Virtual Machine, .NET Framework компилируются заранее).
Для каждой целевой машины ( Apple и т. д.) и каждой операционной системы или семейства операционных систем, работающих на целевой машине, требуется написание своего компилятора. Существуют также так называемые «кросс-компиляторы», позволяющие на одной машине и в среде одной ОС получать код, предназначенный для выполнения на другой целевой машине или в среде другой ОС. Кроме того, компиляторы для одной и той же целевой машины могут быть оптимизированы под разные Intel , создаёт машинный код, который быстрее всего выполняется на компьютерах с этими процессорами.
Существуют программы, которые решают обратную задачу — перевод программы с низкоуровневого языка на высокоуровневый. Этот процесс называют декомпиляцией, а программы — Структура компилятора
Процесс компиляции состоит из следующих этапов:
-
Компиляция и компоновка
Важной исторической особенностью компилятора, отраженной в его названии ( Шаблон:Lang-en — собирать вместе, составлять), являлось то, что он мог производить и GCC) до сих пор физически объединены со своими компоновщиками. В связи с этим, вместо термина «компилятор» иногда используют термин «транслятор» как его синоним: либо в старой литературе, либо когда хотят подчеркнуть его способность переводить программу в машинный код (и наоборот, используют термин «компилятор» для подчеркивания способности собирать из многих файлов один).
Примеры компиляторов
GCC, Free Pascal Compiler , См. также
- Компиляторы: принципы, методы и средства разработки
- Ахо, Альфред В., Сети, Рави, Ульман, Джеффри Д. Шаблон:Lang-en 5-8459-0189-8 (рус.)
- Хантер Р. Проектирование и конструирование компиляторов : Пер. с англ. С. М. Круговой — М. Финансы и статистика, 1984 — 232 с. ил. 24 см
Источник: osdev.fandom.com
Выбор среды разработки(IDE)
Компилятор преобразует исходный код (файлов *.с, *.cpp) в работающую программу. Если у вас нет компилятора, необходимо его установить, прежде чем начать программировать. Есть много компиляторов, которые доступны в Интернете для скачивания. Если вы являетесь пользователем Mac OS X, Linux или других *nix систем (например, Unix или FreeBSD), вероятно, у вас уже установлены компиляторы, такие как GCC или G++.
Основные понятия
Компилятор — программа, транслирующая исходный (высокоуровневый) код программы в конечный (низкоуровневый) код.
Компиляция — процесс преобразования высокоуровневого исходного текста программы, в эквивалентный текст программы, но уже на низкоуровневом языке.
Компоновщик (Линкер) — программа, которая генерирует исполнимый модуль путём связывания объектных файлов проекта.
IDE (Интегрированная среда разработки) — сочетание текстового редактора и компилятора. Разработка, компиляция и запуск своих программы осуществляется непосредственно в IDE. Интегрированные среды разработки упрощают процесс составления программ, так как написание кода компиляция и запуск программ выполняются в одной программе — IDE. Ещё одной важной особенностью IDE является то, что IDE помогает быстро найти и исправить ошибки компиляции.
Понимание процессов компиляции
Процессы компиляции и компоновки — краткое описание того, что именно происходит, когда вы компилируете программу.
Ошибки компиляции, в некоторых строках компилятор находит ошибки, которые нужно ликвидировать.
Предупреждения компилятора — что такое предупреждения компилятора, как и почему их устраняют.
В чём разница между объявлениями и определениями в С/C++. Узнайте разницу между объявлением и определением в Си/C++, и почему это так важно.
Выбор компиляторов (IDE)
Для ОС Windows:
Code::Blocks с Mingw — рекомендуемая нами, бесплатная IDE! Code::Blocks также доступна на Linux. Посмотреть, как установить эту IDE можно в нашей статье Установка Code::Blocks и MINGW.
Microsoft Visual C++ — читайте о Visual C++. Руководство по установке Microsoft Visual Studio 2012 тут.
Для *nix систем:
g++ это C++ компилятор, который поставляется с большинством дистрибутивов * NIX.
gcc представляет собой компилятор C, который тоже поставляется с большинством дистрибутивов *NIX.
Для Mac OS X:
Apple XCode. XCode — IDE для разработки программ в OS X или iPhone.
Кросплатформенные IDE
Qt SDK — кросплатформенный пакет разработки программного обеспечения. Собираетесь установить Qt? Посмотрите как это сделать в статье Как установить Qt Creator 5.2.
Источник: cppstudio.com