مترجمان و کامپایلرها: چه هستند و چه تفاوتی با هم دارند؟

هر خط کدی که می نویسید باید به زبانی ترجمه شود که رایانه شما می تواند آن را بفهمد. اما چگونه این اتفاق می افتد؟

کد منبع زبان های برنامه نویسی سطح بالا مانند PHP، سوئیفت و جاوا اسکریپت کمی شبیه به زبان طبیعی است. کلمات انگلیسی را در چنین کدهایی خواهید دید و می توانید برخی از عملکردهای آن را درک کنید، حتی اگر خود زبان را نمی دانید. اما چنین کد منبعی باید در قالبی قابل خواندن توسط ماشین باشد تا رایانه بتواند برنامه نهایی را اجرا کند.

برای انجام این کار، دستگاه به یک واسطه نیاز دارد تا کد شما را به چیزی که بتواند پردازش کند ترجمه کند. این واسطه می تواند یک مفسر، یک کامپایلر یا یک اسمبلر باشد. همه آنها یک کار مشابه انجام می دهند: آنها کد منبع را از یک فرم قابل خواندن توسط انسان به یک فرم قابل خواندن توسط ماشین ترجمه می کنند. اما نحوه انجام این کار کاملاً متفاوت است.

مترجم چیست؟

یک مفسر هر خط کد را یکی یکی می خواند و بلافاصله در زمان اجرا آن را اجرا می کند. یک مفسر منتظر نمی ماند تا کل کد منبع قبل از ارسال آن به CPU به کد ماشین تبدیل شود. درعوض، هر خط کد را به کد بایتی خاص مفسر تبدیل می کند و هر دستورالعملی را که ترجمه می شود اجرا می کند. در حالی که وظیفه اجرا مستقیماً به مفسر متکی است، CPU خود مفسر را نیرو می دهد.

از آنجایی که هر خط را در یک زمان تجزیه و اجرا می کند، فرآیند اغلب نسبتاً کندتر است. با در نظر گرفتن این موضوع، خطاها در زبان های برنامه نویسی تفسیر شده به راحتی قابل تشخیص هستند زیرا آنها بازخورد فوری برای هر خط کد ارائه می دهند.

با این حال، یک عقب‌نشینی از این رفتار این است که یک خطای زمان اجرا برنامه را در حین اجرا از کار می‌اندازد و در نتیجه تجربه کاربری ضعیفی ایجاد می‌کند، به خصوص اگر پروژه شما فاقد آزمایش کافی باشد.

کامپایلر چیست؟

یک کامپایلر کد منبع شما را می خواند و آن را به یک فایل اجرایی قابل خواندن توسط ماشین ترجمه می کند. برخلاف مفسر، کل کد منبع را یکجا می خواند و کد ماشین را برای پردازش بعدی توسط CPU تولید می کند. از آنجایی که کامپایلر این کار را فقط یک بار انجام می دهد، برنامه های کامپایل شده معمولا سریعتر و کارآمدتر از حافظه هستند.

اگرچه کامپایلر خطاهای زمان اجرا را محاسبه نمی کند. در عوض، خطاهای خاصی را در زمان کامپایل علامت گذاری می کند، که معمولا بهتر است. این نوع خطا در حین توسعه ظاهر می شود، نه زمانی که برنامه شروع به اجرا می کند. با این حال، به خاطر داشته باشید که خطاهای زمان اجرا حتی در برنامه های کامپایل شده همچنان امکان پذیر است.

تفاوت های کلیدی

مترجمان و کامپایلرها هر دو مشترک هستند، بنابراین دانستن تفاوت های کلیدی بین آنها مفید است.

اجرای کد: پردازش ورودی و خروجی

یک مفسر فقط می تواند هر ورودی را در هر خط جمع آوری، ترجمه و اجرا کند. هر خط از کد منبع را به صورت متوالی اجرا می کند، و خروجی نهایی بستگی به خروجی هر خط در طول اجرا دارد.

یک کامپایلر کل کد منبع را بسته بندی می کند و تنها یک بار آن را ترجمه می کند. بنابراین کل کد منبع شما را به عنوان ورودی می گیرد، که آن را تبدیل می کند و برای دریافت خروجی به CPU می فرستد.

اشکال زدایی و ردیابی خطا

برای کدهای تفسیر شده، خطاها بیشتر قابل ردیابی هستند زیرا مفسر می تواند آنها را با مراجعه مستقیم به منبع اصلی گزارش کند. با این حال، هنگامی که در هر نقطه ای از اجرا خطایی رخ دهد، مفسر متوقف می شود. بنابراین خطاهای اشکال زدایی می تواند کمی چالش برانگیز باشد زیرا باید آنها را در زمان اجرا بازتولید کنید. اگر ثبت زمان اجرا ناکافی باشد، حتی می تواند بدتر شود.

از سوی دیگر، ردیابی خطاهای زمان اجرا در یک زبان کامپایل شده ممکن است دشوارتر باشد زیرا هیچ مترجمی برای گزارش در مورد آنها وجود ندارد. اما خطاهایی که در زمان کامپایل کشف می‌کنید معمولاً راحت‌تر می‌شوند زیرا کامپایلر به طور مداوم آنها را شناسایی می‌کند.

بیشتر زبان های کامپایل شده همچنین مکانیزمی برای شناسایی متغیرهای استفاده نشده، ناسازگاری نوع و نحو معیوب دارند که از این نوع اشتباهات در مراحل اولیه جلوگیری می کند.

عملکرد و سرعت

همانطور که انتظار می رود، یک کامپایلر به ماشین کمک می کند تا کد برنامه را سریعتر اجرا کند زیرا CPU فقط یک بار کد را پردازش می کند. این برای مفسرانی که هر خط را در زمان اجرا ترجمه می‌کنند، صادق نیست.

اگرچه اصول برنامه نویسی وجود دارد که می توانید از آنها برای بهینه سازی کدهای تفسیر شده استفاده کنید، اما مفسر همچنان زمان خود را برای تجزیه و اجرای هر خط قبل از رفتن به خط بعدی صرف می کند. با این حال، کمک‌کننده‌های کامپایلر برای سریع‌تر کردن زبان‌های تفسیر شده در دسترس هستند.

به عنوان مثال، مرورگر کروم جاوا اسکریپت را با استفاده از موتور V8 پردازش می کند. این بر روی کامپایلر Just-In-Time (JIT) اجرا می شود. ماژول Pyinstaller کمک دیگری است که یک اسکریپت پایتون را در یک بسته اجرایی باندل و کامپایل می کند.

در حالی که این کمک‌ها برای بسته‌بندی یک زبان تفسیر شده در یک کامپایلر مفید هستند، این واقعیت را تغییر نمی‌دهد که مترجم پایه هنوز یک مفسر است.

استفاده از حافظه

رفتار استفاده از حافظه مفسر و کامپایلر نسبی است و اغلب به کد منبع و عوامل دیگر بستگی دارد. در حالی که برخی از برنامه نویسان استدلال می کنند که تکه تکه شدن کد در مفسرها استفاده از حافظه را کاهش می دهد، مفسرها نیز مصرف حافظه انبوه را ضبط می کنند.

به عنوان مثال، هنگامی که نمایه استفاده از حافظه کد پایتون خود را بررسی می کنید، مقدار حافظه ای که مصرف می کند ممکن است شما را شگفت زده کند.

به طور کلی، برنامه های کامپایل شده به حافظه زمان اجرا کمتری نیاز دارند. از آنجایی که آنها کل کد منبع را از قبل به کد قابل خواندن توسط ماشین تبدیل می کنند، کار کمتری به CPU می دهند. این برخلاف مفسرها است که کد را فقط در زمان اجرا ترجمه می کنند.

پشتیبانی از زبان برنامه نویسی

مفسر و کامپایلر سهم عادلانه ای از توزیع زبان برنامه نویسی دارند. برخی از زبان های کامپایل شده محبوب عبارتند از C، C#، Rust و Golang. زبان های تفسیر شده نیز محبوب هستند، از جمله Python، JavaScript و PHP.

بیشتر برنامه نویسان تمایل دارند زبان های تفسیر شده را ترجیح دهند. طبق نظرسنجی توسعه دهندگان Stack Overflow در سال 2023، در حالی که جاوا اسکریپت و پایتون از مفسر استفاده می کنند، اما در کل دو زبان مورد نظر هستند. Rust و C# نشان دهنده گروه های کامپایل شده در جایگاه های پنجم و ششم هستند.

جایی که زبان های تفسیر شده می درخشند

مترجمان در این زمینه ها می درخشند:

• آنها اجازه ردیابی آسان خطا را می دهند زیرا مفسر هر خط کد را جداگانه اجرا می کند.
• دستیابی به حداقل محصول قابل دوام زودتر با زبان های تفسیر شده، اغلب سریعتر است، زیرا در مقایسه با زبان های کامپایل شده، نحو پیچیده تری دارند.
• برخلاف زبان‌های کامپایل‌شده با تایپ استاتیک، زبان‌های تفسیر شده از تایپ پویا استفاده می‌کنند که پیچیدگی کد را کاهش می‌دهد و خوانایی را افزایش می‌دهد.

جایی که زبان های کامپایل شده برنده می شوند

در مورد کامپایلرها چطور؟ در اینجا برخی از جنبه هایی وجود دارد که زبان آنها قدرت خاصی را نشان می دهد:

• زبانهای کامپایل شده معمولاً در اجرا سریعتر هستند و به حافظه زمان اجرا کمتری نیاز دارند زیرا ترجمه کد فقط یک بار از قبل انجام می شود.
• اجرای پس از کامپایل به تشخیص زودهنگام اشکال کمک می کند. کامپایلر اطمینان حاصل می کند که استقرار پس از بروز خطا با شکست مواجه می شود. این بهتر از کشف خطاها در زمان اجرا است.
• اگرچه زبان های کامپایل شده به صورت ایستا تایپ می شوند، اما به وضوح اهداف متغیرها و توابع را تعریف می کنند و آنها را مستندتر می کند.

انتخاب مترجم مناسب برای پروژه

همانطور که دیدید، کامپایلر و مفسر حوزه های مربوط به خود را دارند که در آن برتری دارند. در حالی که برخی از برنامه نویسان معتقدند که زبان های کامپایل شده به طور کلی سریع تر و بهتر هستند، برخی دیگر استدلال می کنند که عملکرد به ساختار کد و پلت فرم بستگی دارد.

اما مهمتر از آن، انتخاب مترجم شما باید علاوه بر مکانیزم فنی، به چندین عامل دیگر نیز بستگی داشته باشد. سهولت یادگیری، جامعه و هدف پروژه از جمله عواملی هستند که هنگام انتخاب بین زبان های ترجمه شده و ترجمه شده باید در نظر گرفته شوند.

منبع مقاله