اگر برنامهنویس باشید، حتماً باید با مفاهیمی نظیر "زبانهای مفسری" و "زبانهای کامپایلری" آشنا باشید. درک درست از زبانهای مفسری و کامپایلری، هر دو از مهمترین ابزارهایی هستند که برای توسعهی نرمافزارها به کار تان میآیند. در این مقاله به بررسی و معرفی زبانهای مفسری و کامپایلری میپردازیم و تعریف دقیق این دو نوع زبان را بررسی خواهیم کرد. سپس به توضیح نحوه کار آنها و مزایا و معایب هر کدام میپردازیم. در دنیای برنامه نویسی "زبانهای مفسری و کامپایلری" از اهمیت ویژهای برخوردار هستند، چرا که با توجه به نوع پروژه برنامه نویسی، انتخاب درست بین هر یک از این زبانها، باعث بهینهتر شدن کدهای شما میشود. با ما همراه باشید تا در این مقاله به بررسی و معرفی زبانهای مفسری و کامپایلری بپردازیم.
همانطور که میدانید، کامپیوتر درک درستی از زبانهای برنامه نویسی سطح بالا ندارد؛ بنابراین به واسطی نیاز داریم که برنامه را به کد ماشین تبدیل کند. این واسط، همان زبان برنامه نویسی مفسری (interpreter) و زبان برنامه نویسی کامپایلری (compiler) است.
زبانهای مفسری یا Interpreted Languages، زبانهایی هستند که کدهای برنامه نویسی آنها، به صورت خط به خط توسط یک مفسر (Interpreter) اجرا میشود. به این صورت که مفسر، کد برنامه نویسی را دریافت کرده و به ترتیب خطوط آن را تفسیر کرده تا به زبان قابل درک برای کامپیوتر تبدیل کند. به همین دلیل، زبانهای مفسری نیازی به کامپایل کردن کد برنامه نویسی ندارند و در عوض، اجرای کدها به صورتی که در فایل متنی آنها ذخیره شده، صورت میگیرد. به عنوان مثال، Python و Ruby نمونههایی از زبانهای مفسری هستند. این زبانها، برای اجرای کدهای برنامهنویسی خود نیازی به کامپایل کردن آنها ندارند و توسط مفسرهای مخصوص به هر زبان، به صورت خط به خط تفسیر میشوند. استفاده از زبانهای مفسری، مزایای خاص خود را دارد. به دلیل عدم نیاز به کامپایل کردن کدها، زبانهای مفسری قابلیت توسعه و تست برنامه را افزایش میدهند. همچنین، به دلیل اینکه کدها بصورت متنی ذخیره میشوند، این زبانها قابلیت خوانایی و نگهداری بالایی دارند. علاوه بر این، با اجرای خط به خط برنامه، میتوان در هر لحظه از اجرای برنامه، وضعیت آن را بررسی کرد و از این ویژگی برای اشکالزدایی و تست برنامه استفاده کرد.
عملکرد زبانهای مفسری رو مرحله را شامل میشود. در بخش اول، کل برنامه از قبل به زبان مفسر تحویل داده شده و در بخش دوم، برنامه توسط کاربر تایپ و سپس توسط مفسر اجرا میشود. در این نوع زبانها، برنامهها به صورت خط به خط خوانده خواهند شد و هر خط به تنهایی توسط مفسر ترجمه و اجرا میشود. در هر خط، مفسر ابتدا سینتکس (Syntax) را بررسی میکند تا مطمئن شود که خطایی در برنامه وجود ندارد و سپس خط را به صورت کامل اجرا میکند. در صورتی که خطایی در خط مورد نؤ وجود داشته باشد، مفسر به صورت خودکار خطا را نمایش میدهد. از آنجایی که در این نوع زبانها هیچ فرایند کامپایلی صورت نمیگیرد، مفسر برای اجرای برنامه باید در هر بار اجرا به صورت خط به خط آن را تفسیر کند. این ویژگی باعث میشود که اجرای برنامه در زبانهای مفسری به طور کلی کندتر و آهستهتر از زبانهای کامپایلری باشد. همچنین، به دلیل نیاز به مفسر برای اجرای برنامه، مصرف حافظه و پردازشهای اضافی مورد نیاز است.
همانطور که پیشتر اشاره شد، زبانهای مفسری برای اجرای کدهای خود از یک مفسر کمک میگیرند. برای تشخیص خطا در کد، مفسر ابتدا بررسیهای لازم را انجام داده و پس از آن، کد را اجرا میکند. در ادامه به مزایا و معایب استفاده از زبانهای مفسری پرداخته میشود:
تعدادی از زبانهای مفسری محبوب و پراستفاده را در زیر بررسی میکنیم:
پایتون یکی از محبوبترین زبانهای مفسری در دنیا است که توسط Guido van Rossum در دهه ۱۹۸۰ توسعه یافت. این زبان در بسیاری از حوزههای مختلف مانند علم داده، ماشین لرنینگ، وب دولوپمنت و حتی بازی سازی مورد استفاده قرار میگیرد. پایتون به دلیل سینتکس ساده و خوانا، انعطافپذیری بالا، مجموعه کاملی از کتابخانهها و فریمورکهای مختلف و جوامع بزرگ و پویا، به شدت محبوب است.
زبان جاوا اسکریپت یا به اختصار "JS" یک زبان مفسری و بسیار رایج در بین توسعه دهندگان وب است. این زبان در داخل مرورگر وب اجرا میشود و به طور گستردهای برای ایجاد وبسایتهای پویا و بدون نیاز به بارگذاری مجدد صفحه، مورد استفاده قرار میگیرد. برای اجرای جاوا اسکریپت، نیازی به نصب یک مفسر مخصوص یا کامپایلر ندارید و میتوانید کدهای JS را مستقیماً در برنامههای وب خود استفاده کنید.
روبی یک زبان برنامهنویسی شیءگرا و مفسری بوده که توسط یوکیهیرو ماتسوموتو (Yukihiro Matsumoto) توسعه داده شده است. روبی برای توسعه برنامههای وب، برنامههای سرور و نرمافزارهای دسکتاپ به کار میرود و به دلیل ساختار کد خوانا و قابل فهم، محبوبیت زیادی دارد.
پرل یک زبان برنامه نویسی مفسری است که برای پردازش متن و توسعه برنامههای موجود در سیستم عاملهای یونیکس به کار میرود. پرل برای توسعه برنامههای وب و ابزارهای سرور نیز کاربرد دارد.
پی اچ پی یک زبان برنامه نویسی مفسری است که بیشتر برای توسعه برنامههای وب استفاده میشود. با استفاده از پی اچ پی، میتوان صفحات وب پویا، فرمهای تعاملی، سیستمهای مدیریت محتوا و بسیاری از برنامههای وب دیگر را ایجاد کرد. PHP به سادگی با بسیاری از پایگاه دادههای رایج مانند MySQL و PostgreSQL ارتباط برقرار میکند و به عنوان یکی از بهترین زبانهای برنامه نویسی وب شناخته میشود. برخی دیگر از معروفترین زبانهای مفسری شامل بش (Bash)، پاورشل (PowerShell)، لوآ (Lua)، سوییفت (Swift) و Tcl هستند.
روش اجرا کدها، مهمترین وجه تمایز بین زبانهای مفسری و زبانهای کامپایلری است. برای درک این تفاوت، تعریف زبان کامپایلری و ابعاد مختلف آن میپردازیم:
زبان کامپایلری یا Compiled Language، زبانی است که کد منبع آن توسط یک کامپایلر به کد اجرایی ترجمه میشود. در زبان کامپایلری، کامپایلر با استفاده از الگوریتمهای خاص خود، کد منبع را به صورت کامل به کد اجرایی تبدیل میکند. در ادامه این کد اجرایی میتواند در سیستم عامل وارد شده و اجرا شود. در زبان کامپایلری، قبل از اجرای برنامه، کامپایلر کد منبع را به کد ماشینی (machine code) ترجمه خواهد کرد. کد ماشینی برای پردازندهها قابل فهم بوده و میتواند به صورت مستقیم اجرا شود. این کد اجرایی نیاز به نصب رانتایم (runtime) ندارد و عملکرد بهینهتری نسبت به زبانهای مفسری دارد. با این حال، تغییرات در کد منبع نیازمند کامپایل مجدد و تولید مجدد کد اجرایی هستند.
نحوه کارکرد زبانهای کامپایلری به این صورت است که کد منبع نوشته شده توسط برنامهنویس، به عنوان ورودی به کامپایلر داده میشود. در ادامه کامپایلر کد منبع را دریافت و بررسی کرده تا به زبان سطح پایین (Low-level programming language) و معمولاً به زبان ماشین، تبدیل کند. در این فرآیند، کامپایلر قوانین برنامه نویسی و خطاهای مرتبط با آن را زیر نظر میگیرد و در صورتی که خطایی وجود دارد، پیام خطای مناسب را نمایش میدهد. پس از تبدیل کد به زبان سطح پایین، این کد قابل اجرا توسط سیستم میشود.
زبانهای کامپایلری، علاوه بر دارا بودن مزایایی نظیر سرعت بالا و بهینهسازی کدها، با برخی نفاط ضعف همراه هستند که باید در نظر گرفته شوند. در این بخش، به بررسی مزایا و معایب زبانهای کامپایلری پرداخته خواهد شد:
تعدادی از زبانهای کامپایلری محبوب و پراستفاده را در زیر بررسی میکنیم:
زبان برنامه نویسی سی یکی از معروفترین زبانهای کامپایلری است. این زبان در سال ۱۹۷۰ توسط دنیس ریچی برای توسعه سیستمعامل یونیکس طراحی شد و به دلیل سرعت و کارایی بالای خود، در توسعه نرمافزار و سیستمهای عامل، همچنین قابلیت انتقال به سادگی بین پلتفرمهای مختلف، به عنوان یکی از محبوبترین زبانهای برنامهنویسی شناخته شده است.
جاوا یک زبان برنامهنویسی شیگرا و کامپایلری است که توسط جیمز گاسلینگ در سال ۱۹۹۵ طراحی شد. این زبان با استفاده از ماشین مجازی جاوا (JVM) که برای تفسیر کد جاوا طراحی شده، قابلیت اجرای برنامهها را در پلتفرمهای مختلف فراهم میکند.
یکی از مثالهای دیگر زبانهای کامپایلری، ++ C است. ++C یک زبان برنامه نویسی شیءگرا و سطح بالا است که توسط Bjarne Stroustrup در دهه ۱۹۸۰ به عنوان یک توسعه از زبان C ایجاد شد. ++C توسط بسیاری از برنامهنویسان برای توسعه نرمافزارهای سیستمی، بازیهای رایانهای، نرمافزارهای گرافیکی و بسیاری دیگر از برنامههای کامپیوتری استفاده میشود. ++ C از روش کامپایلری برای تبدیل کد منبع به کد اجرایی استفاده میکند که در این فرایند، کامپایلر کد منبع را بررسی کرده و آن را به کد اجرایی ترجمه میکند.
در واقع، پایتون یک زبان برنامهنویسی مفسری است، اما در برخی از پیادهسازیهای آن میتوان ترکیبی از مفسر و کامپایلر استفاده کرد. برای مثال، در پیادهسازی CPython ابتدا کد پایتون توسط مفسر خوانده میشود و به بایت کد تبدیل میشود، سپس این بایت کد توسط ماشین مجازی پایتون (Python Virtual Machine) اجرا خواهد شد. در نتیجه، پایتون هم مفسری و هم کامپایلری به شمار میآید. برخی دیگر از معروفترین زبانهای کامپایلری شامل Swift، Rust، Go، Pascal، Fortran، Ada، و Assembly هستند.
شباهتها و تفاوتهای زبانهای مفسری و کامپایلری بسیار مهم و قابل توجه هستند. این دو دسته زبان برخی ویژگیهای مشابهی دارند، اما در عین حال در بسیاری از مشخصات با یکدیگر تفاوت دارند. در این بخش، به مقایسه و توضیح شباهتها و تفاوتهای زبانهای مفسری و زبانهای کامپایلری میپردازیم:
در این مقاله ابتدا به تعریف زبانهای مفسری و کامپایلری پرداختیم و نحوه کارکرد هر کدام را بررسی کردیم. سپس به مزایا و معایب هر دو نوع زبان را بررسی و نمونههایی از زبانهای مفسری و کامپایلری را معرفی کردیم. در نهایت، برای انتخاب زبان مناسب برای پروژههای خود، باید به نیازها و شرایط پروژه توجه کرد. به عنوان مثال، انتخاب زبان برنامه نویسی باید بر اساس نیازهای پروژه و محیط کاری باشد و هیچ زبانی به تنهایی برای تمام پروژهها مناسب نخواهد بود. همچنین، در برخی موارد ممکن است ترکیب زبانهای مفسری و کامپایلری عملکرد و کارایی بهتری داشته باشد. میتوان گفت که استفاده از زبانهای کامپایلری و مفسری به عنوان یک ابزار قدرتمند، در دسترس برنامهنویسان بوده و به آنها اجازه میدهد کارهای پیچیده و زمانبر را بهتر و سریعتر به نتیجه برسانند.