کامپایلر و مفسر چیست و چه تفاوت‌ها و شباهت‌هایی با یکدیگر دارند؟ 

کامپایلر و مفسر چیست؟ ما با قاطعیت می‌گوییم که هر مهارت‌آموز با شرکت در آموزش مبانی برنامه نویسی کوئرا کالج یا هر موسسه و آموزشگاه دیگری، این سوال را از مربی خود می‌پرسد؛ زیرا همه برنامه‌نویسان و توسعه‌دهندگان، کدها را به زبان سطح بالا (زبان‌هایی نزدیک به زبان انسان) می‌نویسند. این زبان قابل درک برای کامپیوترها نیست؛ زیرا این کامپیوترها فقط می‌توانند برنامه‌های نوشته‌شده در یک سیستم باینری را درک کنند؛ سیستمی که با نام کد ماشین شناخته می‌شود. بنابراین برای صحبت کردن با کامپیوتر به زبان غیر انسانی آن، دو راه‌حل داریم: مفسر و کامپایلر. از قضا، بسیاری از ما اطلاعات کمی در مورد آن‌ها داریم؛ درحالی‌که بخش بزرگی از زندگی ما با نرم‌افزارهای کامپیوتر و اپلیکیشن‌های موبایل پر شده است. از طرفی دیگر، این دانش برای تمام برنامه‌نویسان ضروری است؛ زیرا با درک درست از کامپایلر و مفسر، می‌توانند عملکرد کدهای‌شان را بهینه کنند و زبان برنامه‌نویسی مناسبی را برگزینند.

بنابراین در این مقاله از کوئرا بلاگ، پاسخ «کامپایلر و مفسر چیست؟» را دریافت خواهیم کرد و به برخی مباحث پیرامون این دو راه‌حل خواهیم پرداخت.

کد ماشین یا Object Code چیست؟

پیش از تفسیر کامپایلر و مفسر، ابتدا باید مفهوم «کد ماشین»، «کد سطح پایین» یا “Object Code” را بدانیم. کد ماشین به کدهای برنامه‌نویسی‌شده اطلاق می‌شود که برای سخت‌افزار و پردازنده کامپیوتر قابل فهم هستند.

کدهای سطح بالا چه چیزی هستند؟

درمقابل کد ماشین، ما کدهای سطح بالا را داریم. کدهایی که توسط انسان‌ها درک می‌شوند و به زبان او بسیار نزدیک هستند. این کدها توسط کامپیوتر درک نمی‌شوند؛ به‌همین‌دلیل نیاز به مفسر و کامپایلر داریم.

کامپایلر چیست؟

یک کامپایلر (که به آن مترجم نیز می‌گویند) قبل از اجرای برنامه، کدهای آن را از زبان برنامه‌نویسی سطح بالا به کد ماشین ترجمه می‌کند.

به عبارتی دیگر، کامپایلر یک ابزار نرم‌افزاری است که با استفاده از آن، کدهای برنامه‌نویسی سطح بالا (کدهای نوشته‌شده توسط انسان) به دستورالعمل‌های قابل خواندن توسط ماشین ترجمه می‌شوند. 

کدهای ماشین معمولا به‌شکل کدهای باینری (صفر و یک) هستند. هر کامپایلر وظایف مختلفی مانند تحلیل واژگان، تجزیه سینتکس، تحلیل معنایی، بهینه‌سازی و تولید کد را انجام می‌دهد. کد کامپایل‌شده را می‌توان به‌صورت مستقیم توسط سخت‌افزار کامپیوتر اجرا کرد.

معمولا این کدها توسط انسان قابل درک و تفسیر نیستند؛ زیرا متشکل از اعداد صفر و یک هستند.

بیشتر بخوانید: کاربردهای یادگیری ماشین

کامپایلر چگونه کار می‌کند؟

یک کامپایلر در چند فاز عملیات را اجرا می‌کند. ابتدا ساختار کد منبع را تجزیه‌وتحلیل می‌کند و از پایبندی آن به قوانین زبان برنامه‌نویسی اطمینان حاصل می‌کند. 

سپس، کد را به یک پیش‌نمایش متوسط تبدیل و عملکرد آن را بهینه می‌کند. پس از آن، کد ماشین هدف را تولید می‌کند و از تکنیک‌های بهینه‌سازی مختلف برای بهبود کارایی آن استفاده می‌کند. کامپایلر خروجی نهایی را به‌عنوان یک برنامه قابل اجرا تحویل می‌دهد.

انواع کامپایلرها

کامپایلرها را می‌توان براساس زبان مقصد و سناریوهای استفاده هرکدام، به شکل زیر دسته‌بندی کرد:

کامپایلرهای تک‌گذر (Single-Pass) و چندگذر (Multi-Pass)

کامپایلرهای تک‌گذری، کد منبع را به‌صورت متوالی پردازش و کد را در یک پاس دادن تولید می‌کنند. کامپایلرهای چندگذری مراحل متعددی را پشت سر می‌گذارند تا بهینه‌سازی‌های پیشرفته روی کد انجام شود؛ اما به‌طور بالقوه به حافظه و زمان بیشتری برای ارائه خروجی نیاز دارد.

کامپایلرهای منبع‌به‌منبع (Source-to-Source Compilers)

این کامپایلرها کد را از یک زبان برنامه‌نویسی سطح بالا به زبان دیگر ترجمه می‌کنند و مهاجرت از یک زبان به زبان دیگر و همچنین سازگاری بین پلتفرم‌ها را ساده می‌کنند.

کامپایلرهای متقابل (Cross Compilers)

کامپایلرهای متقابل کدی را برای معماری یا پلتفرم هدف متفاوتی نسبت‌به معماری که کامپایل روی آن انجام می‌شود، تولید می‌کنند.

کامپایلرهای بومی (Native Compilers)

این کامپایلرها کد ماشینی را تولید می‌کنند که می‌تواند به‌صورت مستقیم توسط سخت‌افزار سیستم میزبان اجرا شود و عملکرد بهینه را ارائه دهد.

کامپایلرهای Just-In-Time (JIT)

کامپایلرهای JIT که در ماشین‌های مجازی مانند جاوا یا دات‌نت (CLR) یافت می‌شوند، کد را در زمان اجرا به کد ماشین برای اجرای فوری ترجمه می‌کنند و مزایای تفسیر و کامپایل را با هم ترکیب می‌کنند.

 کامپایلرهای پیش‌زمانی (Ahead-of-Time (AOT) Compilers)

کامپایلرهای AOT کل برنامه‌ها را قبل از اجرا به کد ماشین تبدیل می‌کنند. این عمل منجر به راه‌اندازی سریع‌تر و عملکرد باثبات‌تر می‌شود.

بیشتر بخوانید: بهترین نرم‌ افزارهای برنامه نویسی

کامپایلرهای بهینه‌ساز (Optimizing Compilers)

این کامپایلرها کد را تجزیه‌وتحلیل می‌کنند تا از تکنیک‌های بهینه‌سازی مختلف مانند باز کردن حلقه استفاده کنند. بهره‌مندی از این تکنیک‌ها سرعت و کارایی برنامه کامپایل‌شده را افزایش می‌دهد.

کامپایلرهای مفسر (Interpreting Compilers)

کامپایلرهایی که مانند مفسر عمل کرده و کد را خط‌به‌خط می‌خوانند و اجرا می‌کنند. سپس آن را در همان لحظه به دستورالعمل‌های ماشینی ترجمه می‌کنند.

مترجمان پویا (Dynamic Translators)

این دسته کامپایلرها در شبیه‌سازها و ماشین‌های مجازی استفاده می‌شوند. عملکرد آن‌ها به این شکل است که کد یک معماری را به کد دیگری تبدیل می‌کنند و به نرم‌افزار اجازه می‌دهند روی سخت‌افزارهای مختلف اجرا شود.

کامپایلرهای افزایشی (Incremental Compilers)

این کامپایلرها تنها بخش‌هایی از پایگاه کد را که تغییر کرده‌اند را دوباره کامپایل می‌کنند. درنتیجه می‌توانند زمان کامپایل را درطول توسعه به‌ حداقل برسانند.

مفسر چیست؟

یک مفسر کدهای نوشته‌شده در یک زبان برنامه‌نویسی سطح بالا را به‌صورت خط‌به‌خط به کد ماشین ترجمه می‌کند تا کد اجرا شود. مفسرها هر خط از کد را به دستورالعمل‌های ماشین ترجمه می‌کنند تا تشخیص خطاها و اشکال‌زدایی کدها آسان‌تر شود.

مفسر چگونه کار می‌کند؟

مفسرها با خواندن یک خط از کد منبع، تجزیه و اجرای فوری اقدامات مربوط به آن را از سر می‌گیرند. برخلاف کامپایلرها که کد ماشین مستقلی را تولید می‌کنند، مفسرها کد را به‌صورت مستقیم در محیط زبان برنامه‌نویسی اجرا می‌کنند. 

این عمل امکان شناسایی و اشکال‌زدایی بلادرنگ خطا را فراهم می‌کند؛ زیرا هر مشکلی درحین اجرای کد مشاهده می‌شود. بااین‌حال، برنامه‌های تفسیرشده می‌توانند در مقایسه با برنامه‌های کامپایل‌شده، به‌دلیل ترجمه اضافی (Overhead of Translation) در زمان اجرا کندتر باشند. 

برخی از محیط‌ها، مانند کامپایلرهای Just-In-Time (JIT)، بخش‌های کد را به‌صورت پویا به کد ماشین ترجمه می‌کنند تا عملکرد را بهبود بخشند.

بیشتر بخوانید: چگونه از هوش مصنوعی استفاده کنیم ؟ – ۲۸ کاربرد AI برای کاربران عادی و حرفه‌ای

انواع مفسر

مفسر انواع مختلفی دارد که هرکدام دارای ویژگی‌ها و موارد استفاده خاص خود هستند. در ادامه آن‌‌ها را نام خواهیم برد و توضیحات مختصری درباره هرکدام ارائه خواهیم داد.

مفسران ترتیبی (Sequential Interpreters)

این مفسرها کد منبع را خط‌به‌خط به ترتیبی که نوشته‌شده است، اجرا می‌کنند.

مترجمان تعاملی (Interactive Interpreters)

این نوع مفسر به کاربران امکان می‌دهند تا کد را به‌صورت تعاملی وارد و اجرا کنند. دریافت بازخورد فوری یکی از مزایای این نوع مفسر است.

مترجمان دسته‌ای (Batch Interpreters)

این مفسر مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها یا یک برنامه را یک‌باره اجرا می‌کند. از این نوع اغلب برای خودکارسازی وظایف یا اجرای اسکریپت‌ها استفاده می‌شود.

مفسران بایت‌کد (Bytecode Interpreters)

مفسر بایت‌کد منبع را قبل از اجرا، به یک پیش‌نمایش بایت‌کد میانی (Intermediate Bytecode) ترجمه می‌کند.

مترجمان لحظه‌ای (Just-In-Time (JIT) Interpreters)

مفسرهای JIT ویژگی‌های مفسر و کامپایلر را با یکدیگر ترکیب می‌کنند. آن‌ها به‌صورت پویا قسمت‌هایی از کد را درصورت نیاز، به کد ماشین ترجمه می‌کنند.

مفسران درختی (Tree-Walk Interpreters)

این مفسرها یک درخت انتزاعی از سینتکس‌های کد منبع می‌سازند. سپس درخت را برای اجرای برنامه پیمایش می‌کنند.

مفسرهای منبع‌به‌منبع (Source-to-Source Interpreters)

این مفسرها کد منبع را از یک زبان سطح بالا به زبان دیگر تبدیل می‌کنند.

مفسران سخت‌افزار (Hardware Interpreters)

برخی از معماری‌های سخت‌افزاری دستورالعمل‌های تخصصی و پیچیده‌ای دارند. این دستورالعمل‌ها امکان تفسیر کارآمدتر برخی ساختارهای زبان سطح بالا را فراهم می‌کنند.

شبیه‌سازها و مفسرهای ماشین مجازی (Emulators and Virtual Machine Interpreters)

این مفسرها برای اجرای نرم‌افزارهای تطبیق داده‌شده با محیط سخت‌افزاری یا نرم‌افزاری متفاوت استفاده می‌شوند.

مترجمان پویا (Dynamic Translators)

مشابه مترجم‌های پویا که در شبیه‌سازها استفاده می‌شوند، این مفسرها کد را از یک معماری به معماری دیگر در زمان واقعی ترجمه می‌کنند و سازگاری نرم‌افزار را در بین پلتفرم‌ها ممکن می‌سازند.

مفسران دامنه (Domain-Specific Interpreters)

این مفسرها برای دامنه‌ها یا حوزه‌های کاربردی خاص طراحی شده‌اند.

مفسرهای همزمان (Concurrent Interpreters)

مفسرهای همزمان چندین بخش از یک برنامه را به‌طور همزمان اجرا می‌کنند. به‌همین‌علت، امکان استفاده بهتر از پردازنده‌های چندهسته‌ای و موازی‌سازی بهبودیافته را فراهم می‌کنند.

تفاوت کامپایلر و مفسر چیست؟

کامپایلرها و مفسرها هر دو برای تبدیل کدهای برنامه‌نویسی سطح بالا به دستورالعمل‌های قابل خواندن توسط ماشین استفاده می‌شوند. تفاوت های زیادی بین مفسر و کامپایلر وجود دارد. 

1. سرعت و تشخیص

یک کامپایلر کل کد منبع را قبل از اجرا به کد ماشین ترجمه می‌کند. درنتیجه اجرای کد در زمان کمتر و سریع‌تر انجام می‌شود؛ زیرا در زمان اجرا نیازی به ترجمه نیست. 

از سوی دیگر، یک مفسر کد را خط‌به‌خط در حین اجرا تفسیر می‌کند. بنابراین در این حالت، تشخیص خطاها آسان‌تر می‌شود؛ اما به‌طور بالقوه، سرعت برنامه هنگام تفسیر کاهش می‌یابد.

2. استقلال

کامپایلرها کد ماشین مستقلی را تولید می‌کنند و امکان توزیع آن را بدون آشکار کردن کد منبع فراهم می‌کنند؛ درحالی‌که مفسرها کد را به‌صورت مستقیم در محیط زبان اجرا می‌کنند. فرآیند تفسیر این‌چنینی برای اهداف تعاملی و اسکریپتی مفید است.

3. اشکال‌زدایی

مفسرها اشکال‌زدایی آسان‌تر و فرآیند توسعه تعاملی‌تری را ارائه می‌دهند؛ اما اشکال‌زدایی کد کامپایل‌شده می‌تواند پیچیده‌تر باشد. بااین‌حال، کد کامپایل‌شده به‌صورت عمومی به‌دلیل فرصت‌های بهینه‌سازی در طول کامپایل، عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهد.

4. تطابق با نرم‌افزارها

کامپایلرها برای برنامه‌هایی که نیاز به عملکرد بالا دارند مناسب هستند؛ درحالی‌که مفسرها در موقعیت‌هایی که توسعه سریع، اشکال‌زدایی و استقلال پلتفرم حیاتی است، عملکرد عالی از خود به نمایش می‌گذارند.

شباهت کامپایلر و مفسر چیست؟

چندین شباهت بین مفسر و کامپایلر وجود دارد که در ادامه به آن‌ها اشاره کرده‌ایم.

1. ترجمه

هر دو برای تبدیل کد منبع به کد ماشین استفاده می‌شوند.

2. اشکال‌زدایی کدها از طریق تشخیص خطا

هر دو پیام خطا را نمایش می‌دهند. یک کامپایلر پس از کامپایل خطاها را نمایش می‌دهد. یک مفسر هم خطاها را خط‌به‌خط هنگام ترجمه کد نمایش می‌دهد. این نمایش خطا به برنامه‌نویسان اجازه می‌دهد تا خطاهای کد خود را شناسایی و آن‌ها را برطرف کنند. بنابراین، هردو به برنامه‌نویسان کمک می‌کنند تا کدهای خود را اشکال‌زدایی کنند.

3. قابلیت جابه‌جایی

هم مفسرها و هم کامپایلرها قابل جابه‌جا کردن هستند. کد تولیدشده توسط مفسر و کامپایلر به پلتفرمی که در آن اجرا شده است، وابستگی ندارد. بنابراین می‌توان آن را به پلتفرم‌های مختلف منتقل کرد.

جدول مقایسه کامپایلر و مفسر

در این بخش، دیگر تفاوت‌های کامپایلر و مفسر را در قالب یک جدول معرفی خواهیم کرد.

منبع

پارامتر	کامپایلر	مفسر
کد ماشین	کد ماشین را در حافظه جانبی ذخیره می‌کند.	کد دستگاه در جایی ذخیره نمی‌شود.
زمان اجرا	کدهای کامپایل‌شده به‌نسبت مفسرها سریع‌تر اجرا می‌شوند.	کدهای تفسیرشده به‌نسبت کامپایلرها کندتر اجرا می‌شوند.
نیاز به حافظه	برنامه‌های هدف به‌طور مستقل اجرا می‌شوند و به کامپایلر در حافظه نیاز ندارند. بااین‌حال، کامپایلرها به حافظه بیشتری نسبت‌به مفسرها نیاز دارند؛ زیرا کد شیء میانی را می‌نویسند.	در زمان تفسیر، مفسر در حافظه وجود دارد.
ورودی	کامپایلر کل برنامه را برای تجزیه‌وتحلیل به‌عنوان ورودی می‌گیرد.	مفسر هربار یک خط کد را برای تجزیه‌وتحلیل می‌گیرد.
نمونه‌هایی از زبان‌های برنامه‌نویسی	C, C++, C#, Java	PHP, PERL, and Ruby، Python, Matlab
بهترین انتخاب برای	کامپایلرها برای برنامه‌های کاربردی در مقیاس بزرگ، سناریوهای حیاتی عملکرد، فایل‌های اجرایی مستقل، محیط‌هایی با محدودیت منابع و بهینه‌سازی کد مناسب هستند.	محیط‌های وب؛ جایی‌که زمان بارگذاری ضروری است. به‌دلیل تجزیه‌وتحلیل جامع، کامپایلرها برای کامپایل کردن کدهای کوچکی که ممکن است یک‌بار اجرا شوند، زمان نسبتا طولانی‌تری را صرف می کنند. در چنین مواردی، مفسرها بهترین انتخاب هستند.
موارد استفاده	محیط‌های تولید نرم‌افزار و اپلیکیشن	محیط‌های توسعه و برنامه‌نویسی

بیشتر بخوانید: جاوا چیست و چه کاربردی دارد؟ – هرچه باید راجع به زبان برنامه‌نویسی Java بدانید

آنچه در کامپایلر و مفسر خواندیم

هم کامپایلرها و هم مفسرها برنامه‌های کامپیوتری هستند که یک کد نوشته‌شده در زبان‌های سطح بالا را به یک کد سطح پایین‌تر (کد ماشین) تبدیل می‌کنند. این کد Object Code نام دارد و  توسط کامپیوترها قابل درک است. بااین‌حال، تفاوت‌هایی در نحوه کار و زمان استفاده از آن‌ها وجود دارد. درک تفاوت کامپایلر و مفسر به بهبود دانش شما کمک می‌کند؛ دانشی که هر انسانی در قرن 21 باید داشته باشد؛ زیرا به‌صورت روزمره درحال استفاده از تکنولوژی و ابزارهای توسعه داده‌شده توسط برنامه‌نویسان است. البته درک عملکرد و سازوکار این دو ابزار نرم‌افزاری، برای برنامه‌نویسان در دوره‌های مبانی برنامه‌نویسی و ساخت نرم‌افزار یا اپلیکیشن، با جزئیات بیشتری توضیح داده می‌شود.

سوالات متداولی که شما می‌پرسید