Трансля́тор — программа или техническое средство, выполняющее трансляцию программы .

Трансля́ция програ́ммы — преобразование программы, представленной на одном из языков программирования , в программу, написанную на другом языке. Транслятор обычно выполняет также диагностику ошибок, формирует словари идентификаторов, выдаёт для печати текст программы и т. д.

Язык, на котором представлена входная программа, называется исходным языком , а сама программа — исходным кодом . Выходной язык называется целевым языком .

В общем случае понятие трансляции относится не только к языкам программирования, но и к другим языкам — как формальным компьютерным (вроде языков разметки типа HTML ), так и естественным ( русскому , английскому и т. п.) .

Виды трансляторов

Существует несколько видов трансляторов .

• Диалоговый транслятор — транслятор, обеспечивающий использование языка программирования в режиме разделения времени .
• Синтаксически-ориентированный ( синтаксически-управляемый ) транслятор — транслятор, получающий на вход описание синтаксиса и семантики языка, текст на описанном языке и выполняющий трансляцию в соответствии с заданным описанием.
• Однопроходной транслятор — транслятор, преобразующий исходный код при его однократном последовательном чтении (за один проход).
• Многопроходной транслятор — транслятор, преобразующий исходный код после его нескольких чтений (за несколько проходов).
• Оптимизирующий транслятор — транслятор, выполняющий оптимизацию создаваемого кода. См. оптимизирующий компилятор .
• Тестовый транслятор — транслятор, получающий на вход исходный код и выдающий на выходе изменённый исходный код . Запускается перед основным транслятором для добавления в исходный код отладочных процедур . Например, транслятор с языка ассемблера может выполнять замену макрокоманд на код.
• Обратный транслятор — транслятор, выполняющий преобразование машинного кода в текст на каком-либо языке программирования . См. дизассемблер , декомпилятор .

Реализации

Цель трансляции — преобразование текста с одного языка на язык, понятный адресату. При трансляции компьютерной программы адресатом может быть:

• устройство — процессор (трансляция называется компиляцией);
• программа — интерпретатор (трансляция называется интерпретацией).

Виды трансляции:

• ;
  • в исполняемый код
    • в машинный код
    • в байт-код
  • транспиляция ;
• ;
• .

Компиляция

Язык процессора (устройства, машины) называется машинным языком, машинным кодом . Код на машинном языке исполняется процессором. Обычно, машинный язык — язык низкого уровня , но существуют процессоры, использующие языки высокого уровня (например, iAPX-432 ). Однако, такие процессоры не получили распространения в силу своей сложности и дороговизны.

Компилятор — это вид транслятора, преобразующий исходный код с какого-либо языка программирования на машинный язык .

Процесс компиляции, как правило, состоит из нескольких этапов:

• лексический анализ ;
• синтаксический анализ ;
• семантический анализ ;
• создание на основе результатов анализов промежуточного кода;
• оптимизация промежуточного кода;
• создание объектного кода , в данном случае машинного .

Программа может использовать сервисы, предоставляемые операционной системой , и сторонние библиотеки (например, библиотеки для работы с файлами и библиотеки для создания графического интерфейса). Для добавления в объектный файл машинного кода из других объектных файлов (кода статических библиотек ) и информации о динамических библиотеках выполняется связывание ( англ. link ) или компоновка . Связывание или компоновка выполняется редактором связей или компоновщиком . Компоновщик может быть отдельной программой или частью компилятора . Компоновщик создаёт исполняемый файл . Исполняемый файл (программа) запускается следующим образом:

• по запросу пользователя в ядре операционной системы создаётся объект « процесс »;
• загрузчик программ операционной системы выполняет следующие действия:
• читает исполняемый файл ;
• загружает его в память ;
• загружает в память динамические библиотеки ;
• выполняет связывание машинного кода программы с динамическими библиотеками (динамическое связывание);
• передаёт управление программе.

Достоинства компиляции:

• компиляция программы выполняется один раз;
• наличие компилятора на устройстве, для которого компилируется программа, не требуется.

Недостатки компиляции:

• компиляция — медленный процесс;
• при внесении изменений в исходный код, требуется повторная компиляция.

Ассемблер — компилятор, преобразующий текст с языка ассемблера на машинный язык . Язык ассемблера — язык , близкий к машинному языку , язык низкого уровня .

Интерпретация

Интерпретация — процесс чтения и выполнения исходного кода . Реализуется программой — интерпретатором .

Интерпретатор может работать двумя способами:

1. читать код и исполнять его сразу ( чистая интерпретация );
2. читать код, создавать в памяти промежуточное представление кода ( байт-код или p-код ), выполнять промежуточное представление кода ( смешанная реализация ).

В первом случае трансляция не используется, а во втором — используется трансляция исходного кода в промежуточный код.

Этапы работы интерпретатора:

1. лексический анализ ;
2. синтаксический анализ ;
3. семантический анализ ;
4. создание промежуточного представления кода (при чистой интерпретации не выполняется);
5. исполнение.

Интерпретатор моделирует машину ( виртуальную машину ), реализует цикл выборки-исполнения команд машины. Команды машины записываются не на машинном языке, а на языке высокого уровня . Интерпретатор можно назвать исполнителем языка виртуальной машины .

Чистая интерпретация применяется, обычно, для языков с простой структурой, например, языков сценариев , языков APL и Лисп .

Примеры интерпретаторов, создающих байт-код : Perl , PHP , Python , Erlang .

Достоинства интерпретаторов по сравнению с компиляторами:

• возможность работы в интерактивном режиме;
• отсутствие необходимости перекомпиляции исходного кода после внесения изменений и при переносе кода на другую платформу.

Недостатки интерпретаторов по сравнению с компиляторами:

• низкая производительность (машинный код исполняется процессором, а интерпретируемый код — интерпретатором; машинный код самого интерпретатора исполняется процессором);
• необходимость наличия интерпретатора на устройстве, на котором планируется интерпретация программы;
• обнаружение ошибок синтаксиса на этапе выполнения (актуально для чистых интерпретаторов).

Сравнение чистого интерпретатора и интерпретатора, создающего байт-код :

• чистый интерпретатор проще в реализации, так как для него не нужно писать код транслятора;
• интерпретатор, создающий байт-код , может выполнять его оптимизацию и добиваться большей производительности, чем чистый интерпретатор;
• интерпретатор, создающий байт-код , потребляет больше ресурсов системы (трансляция в байт-код занимает процессорное время; байт-код занимает место в памяти ).

Динамическая компиляция

Динамическая или JIT компиляция — трансляция, при которой исходный или промежуточный код преобразуется (компилируется) в машинный код непосредственно во время исполнения, «на лету» ( англ. just in time , JIT ). Компиляция каждого участка кода выполняется только один раз; скомпилированный код сохраняется в кеше и при необходимости используется повторно.

Достоинства динамической компиляции по сравнению с компиляцией:

• скорость работы динамически компилируемых программ близка к скорости работы компилируемых программ;
• отсутствие необходимости перекомпиляции программы при переносе на другую платформу.

Недостатки динамической компиляции по сравнению с компиляцией и чистой интерпретацией:

• бо́льшая сложность реализации;
• бо́льшие требования к ресурсам.

Динамическая компиляция хорошо подходит для веб-приложений .

Динамическая компиляция появилась и поддерживается в той или иной мере в реализациях Java , .NET Framework , Perl , Python .

Смешение понятий трансляции и интерпретации

Понятия «трансляция» и «интерпретация» различаются. Во время трансляции выполняется преобразование кода программы с одного языка на другой. Во время интерпретации программа исполняется.

Так как целью трансляции является, обычно, подготовка к интерпретации, эти процессы рассматриваются вместе. Например, языки программирования часто характеризуются как «компилируемые» или «интерпретируемые» в зависимости от того, что преобладает при использовании языка: компиляция или интерпретация. Причём, практически все языки низкого уровня и , 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 реализации метапрограммирования (например, для макросов в языке ассемблера , условной компиляции в Си или 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 (указание регистров , адресов в памяти , констант ), разрядности и т. п., а в процессорах Pentium с архитектурой NetBurst тот же самый машинный код перед сохранением во внутреннем кэше дополнительно транслируется в последовательность микроопераций.

Примечания

Литература

• Касьянов В. Н., Поттосин И. В. Методы построения трансляторов. — Новосибирск: Наука, 1986. — 344 с.