Көзді тікелей орындайтын бағдарламалар: Интерпретаторлар

Кіріспе

Программа, бастапқы кодты жеке компиляция қадамысыз орындайтын

Компьютерлік ғылымда интерпретатор – бұл бағдарламалау немесе сценарий тілінде жазылған нұсқауларды машина тіліндегі бағдарламаға алдын ала компиляциялауды қажет етпей тікелей орындайтын компьютерлік бағдарлама. Интерпретатор бағдарламаны орындау үшін әдетте келесі стратегиялардың бірін қолданады: бастапқы кодты талдап, оның әрекетін тікелей орындау; бастапқы кодты тиімді аралық өрнекке немесе объектілік кодқа аударып, оны дереу орындау; компилятор жасаған және интерпретатордың виртуалды машинасымен үйлесетін алдын ала компиляцияланған байткодты тікелей орындау. Lisp бағдарламалау тілінің және мини- және микрокомпьютерлік BASIC диалектілерінің алғашқы нұсқалары бірінші типтің мысалы болар еді. Perl, Raku, Python, MATLAB және Ruby екінші типтің мысалдары, ал UCSD Pascal үшінші типтің мысалы. Бастапқы бағдарламалар алдын ала компиляцияланады және машинаға тәуелсіз код ретінде сақталады, содан кейін орындалу кезінде байланыстырылады және интерпретатормен және/немесе компилятормен орындалады (JIT жүйелері үшін). Кейбір жүйелер, мысалы Smalltalk және BASIC пен Java-ның қазіргі нұсқалары, екі және үш типті де біріктіре алады. Algol, Fortran, Cobol, C және C++ сияқты әдетте компиляциямен байланысты болатын көптеген тілдер үшін де әртүрлі типтегі интерпретаторлар құрылды. Интерпретация және компиляция – бағдарламалау тілдерін іске асырудың екі негізгі тәсілі болғанымен, олар бір-бірінен толыққанды ажыратылмайды, өйткені көптеген интерпретация жүйелері, компиляторлар сияқты, кейбір аударма жұмыстарын да атқарады. "Интерпретацияланған тіл" немесе "компиляцияланған тіл" терминдері осы тілдің канондық іске асырылуы тиісінше интерпретатор немесе компилятор екенін көрсетеді. Жоғары деңгейдегі тіл – бұл нақты іске асырылудан тәуелсіз абстракция.

Тарих

Интерпретаторлар 1952 жылдан бастап сол кездегі компьютерлердің мүмкіндіктерінің шектеулеріне байланысты бағдарламалауды жеңілдету үшін қолданылды (мысалы, бағдарлама сақтау үшін жеткіліксіз жад немесе қозғалмалы нүктелі сандарға тікелей қолдау болмауы). Интерпретаторлар төмен деңгейдегі машина тілдерін аудару үшін де пайдаланылды, бұл әлі салынып жатқан машиналар үшін код жазуға және оларды қолданыстағы компьютерлерде сынауға мүмкіндік берді. Алғашқы жоғары деңгейдегі интерпретацияланатын тіл – Lisp болды. Lisp тілін алғаш рет Стив Рассел IBM 704 компьютерінде іске қосты. Рассел Джон Маккартидің "Символикалық өрнектердің рекурсивті функциялары және оларды машинамен есептеуі, 1-бөлім" деген мақаласын оқып, (Маккартидің өзіне де күтпегендей) Lisp eval функциясын машиналық кодта іске асыруға болатынын түсінді. Соның нәтижесінде Lisp бағдарламаларын іске қосуға, немесе дәлірек айтқанда, "Lisp өрнектерін бағалауға" арналған Lisp интерпретаторы құрылды.

Жалпы пайдалану

Интерпретатор әдетте орындала алатын белгілі командалар жиынтығынан және бағдарламашы оларды орындауды қалайтын ретпен осы командалар тізімінен тұрады. Әрбір команда (сондықтан нұсқау деп те аталады) бағдарламашы өзгертуді көздейтін деректерді және деректерді қалай өзгертуге болатыны туралы ақпаратты қамтиды. Мысалы, интерпретатор "Кітаптарға 5 қосу" дегенді оқып, оны Кітаптар айнымалысына 5 санын қосу туралы сұраныс ретінде түсіндіре алады. Интерпретаторлардың әртүрлі міндеттерді орындауға бағытталған кең ауқымды нұсқаулары бар, бірақ сіз математикалық операциялар, тармақтану және жадты басқару үшін интерпретатор нұсқауларын жиі кездестіресіз, бұл көптеген интерпретаторларды Тьюринг толықтығына жеткізеді. Көптеген интерпретаторлар қоқыс жинаушымен (garbage collector) және қателіктерді жою құралымен (debugger) тығыз байланысты болады.

Компиляторлар мен аудармашылар

Жоғары деңгейдегі тілде жазылған бағдарламалар интерпретатордың бірімен тікелей орындалады немесе компилятор (және ассемблер және линкер) арқылы машиналық кодқа түрлендіріледі. Компиляторлар (және ассемблерлер) әдетте компьютерлік аппараттық құралдармен тікелей орындалатын машиналық кодты жасайды, бірақ олар жиі (қажет болған жағдайда) объектілік код деп аталатын аралық форманы да жасай алады. Бұл, негізінен, машинаға тән кодтың өзі, бірақ орындалатын блоктарды (немесе модульдерді) анықтауға және жылжытуға мүмкіндік беру үшін атаулары мен белгілері бар символдар кестесімен толықтырылған. Компиляцияланған бағдарламалар әдетте осындай объектілік код модульдерінің кітапханасында сақталатын құрылыс блоктарын (функцияларды) пайдаланады. Линкер (байланыстырушы) алдын ала жасалған кітапхана файлдарын қосымшаның объектілік файлдарымен біріктіріп, бір орындалатын файлды құру үшін қолданылады. Орындалатын файлды жасау үшін қолданылатын объектілік файлдар көбінесе әртүрлі уақытта жасалады, кейде тіпті әртүрлі тілдерде (бірдей объектілік форматты жасауға қабілетті). Төмен деңгейдегі тілде (мысалы, ассемблер) жазылған қарапайым интерпретатор жоғары деңгейдегі тілдің функцияларын іске асыратын ұқсас машиналық код блоктарын сақтай алады және функцияның іздеу кестесіндегі жазбасы сол кодқа сілтеме жасағанда оларды орындайды. Дегенмен, жоғары деңгейдегі тілде жазылған интерпретатор әдетте басқа тәсілдерді қолданады, мысалы, талдау ағашын жасап, одан кейін оны жүзеге асыру, немесе аралық бағдарламалық нұсқауларды жасап, орындау, немесе екеуін де қолдануы мүмкін. Осылайша, компиляторлар мен интерпретаторлар бастапқы кодты (мәтіндік файлдарды) әдетте токендерге түрлендіреді, екеуі де (немесе болмауы мүмкін) талдау ағашын жасайды және екеуі де дереу нұсқауларды (стек машинасы, төрттік код немесе басқа тәсілдермен) жасай алады. Негізгі айырмашылық – компилятор жүйесі, (құрастырылған немесе жеке) линкерді қоса, автономды машиналық код бағдарламасын жасайды, ал интерпретатор жүйесі жоғары деңгейдегі бағдарламамен сипатталған әрекеттерді орындайды. Компилятор бастапқы кодтың семантикасын машина деңгейіне бір рет үшін мәңгілікке (яғни бағдарлама өзгертілгенге дейін) түрлендіре алады, ал интерпретатор осы түрлендіру жұмысының бір бөлігін әрбір оператор немесе функция орындалған сайын орындауы керек. Дегенмен, тиімді интерпретаторда аударма жұмысының көп бөлігі (типтерді талдау және т.б.) бөлініп, бағдарлама, модуль, функция немесе тіпті оператор алғаш рет орындалғанда ғана орындалады, бұл компилятордың жұмыс істеу тәсіліне ұқсас. Дегенмен, компиляцияланған бағдарлама көп жағдайда әлдеқайда жылдам жұмыс істейді, өйткені компиляторлар кодты оңтайландыру үшін жасалған және оған жеткілікті уақыт беріледі. Бұл әсіресе көптеген динамикалық деректер құрылымдары, тексерулер немесе типтік тексерулер жоқ қарапайым жоғары деңгейдегі тілдер үшін дұрыс. Дәстүрлі компиляцияда линкердің орындалатын шығысы (.exe файлдары немесе .dll файлдары немесе кітапхана, суретті қараңыз) әдетте жалпы операциялық жүйеде орындалғанда, объектілік код модульдері сияқты, жылжытылатын болады, бірақ бұл жылжу динамикалық түрде орындалу кезінде, яғни бағдарлама орындалу үшін жүктелген кезде жасалады. Екінші жағынан, кішігірім кіріктірілген жүйелер үшін құрастырылған және байланыстырылған бағдарламалар әдетте статикалық түрде бөлінеді, көбінесе NOR флэш-жадында қатты кодталған, өйткені онда көбінесе екінші жаджай және операциялық жүйе болмайды. Тарихи тұрғыдан алғанда, көптеген интерпретатор жүйелерінде өздігінен құрастырылған редактор болған. Бұл компиляторларда да жиі кездеседі (сонда олар IDE деп аталады), бірақ кейбір бағдарламашылар өздері таңдаған редакторды пайдалануды және компиляторды, линкерді және басқа құралдарды қолмен іске қосуды жөн көреді. Тарихи тұрғыдан алғанда, компиляторлар интерпретаторлардан бұрын пайда болған, өйткені сол кездегі аппараттық құралдар интерпретаторды және интерпретацияланған кодты қолдамады, ал сол кездегі әдеттегі пакеттік орта интерпретацияның артықшылықтарын шектеді.

Programs written in a high level language are either directly executed by some kind of interpreter or converted into machine code by a compiler (and assembler and linker) for the CPU to execute. While compilers (and assemblers) generally produce machine code directly executable by computer hardware, they can often (optionally) produce an intermediate form called object code. This is basically the same machine specific code but augmented with a symbol table with names and tags to make executable blocks (or modules) identifiable and relocatable. Compiled programs will typically use building blocks (functions) kept in a library of such object code modules. A linker is used to combine (pre made) library files with the object file(s) of the application to form a single executable file. The object files that are used to generate an executable file are thus often produced at different times, and sometimes even by different languages (capable of generating the same object format). A simple interpreter written in a low level language (e. g. assembly) may have similar machine code blocks implementing functions of the high level language stored, and executed when a function's entry in a look up table points to that code. However, an interpreter written in a high level language typically uses another approach, such as generating and then walking a parse tree, or by generating and executing intermediate software defined instructions, or both. Thus, both compilers and interpreters generally turn source code (text files) into tokens, both may (or may not) generate a parse tree, and both may generate immediate instructions (for a stack machine, quadruple code, or by other means). The basic difference is that a compiler system, including a (built in or separate) linker, generates a stand alone machine code program, while an interpreter system instead performs the actions described by the high level program. A compiler can thus make almost all the conversions from source code semantics to the machine level once and for all (i. e. until the program has to be changed) while an interpreter has to do some of this conversion work every time a statement or function is executed. However, in an efficient interpreter, much of the translation work (including analysis of types, and similar) is factored out and done only the first time a program, module, function, or even statement, is run, thus quite akin to how a compiler works. However, a compiled program still runs much faster, under most circumstances, in part because compilers are designed to optimize code, and may be given ample time for this. This is especially true for simpler high level languages without (many) dynamic data structures, checks, or type checking. In traditional compilation, the executable output of the linkers (. exe files or dll files or a library, see picture) is typically relocatable when run under a general operating system, much like the object code modules are but with the difference that this relocation is done dynamically at run time, i. e. when the program is loaded for execution. On the other hand, compiled and linked programs for small embedded systems are typically statically allocated, often hard coded in a NOR flash memory, as there is often no secondary storage and no operating system in this sense. Historically, most interpreter systems have had a self contained editor built in. This is becoming more common also for compilers (then often called an IDE), although some programmers prefer to use an editor of their choice and run the compiler, linker and other tools manually. Historically, compilers predate interpreters because hardware at that time could not support both the interpreter and interpreted code and the typical batch environment of the time limited the advantages of interpretation.

Даму циклі

Бағдарламалық жасақтаманы әзірлеу кезеңінде бағдарламашылар бастапқы кодқа жиі өзгерістер енгізеді. Компилятор қолданғанда, бастапқы кодқа әр өзгеріс енгізілген сайын, олар компилятордың өзгертілген бастапқы файлдарды аударып, бағдарламаны орындау алдында барлық екілік код файлдарын біріктіруін күтуі керек. Бағдарламаның көлемі неғұрлым үлкен болса, күту соғұрлым ұзаққа созылады. Ал интерпретаторды пайдаланатын бағдарламашы көбінесе аз күтеді, себебі интерпретатор көбінесе жұмыс істеп жатқан кодты аралық форматқа аударуды ғана қажет етеді (немесе оны мүлдем аудармайды), демек өзгерістерді тексеру үшін әлдеқайда аз уақыт жұмсалады. Бастапқы кодты сақтап, бағдарламаны қайта жүктеген кезде нәтижесі байқалады. Компиляцияланған кодты түзету әдетте қиын, себебі өңдеу, компиляциялау және байланыстыру – бұл дұрыс реттілікте, дұрыс командалар жиынтығымен орындалуы тиіс тізбекті процестер. Осы себепті көптеген компиляторларда «Makefile» және бағдарлама деп аталатын орындауға көмектесетін құрал бар. «Makefile» компилятор мен линкердің командалық жолдарын және бағдарламаның бастапқы код файлдарын тізімдейді, бірақ үшінші топты (нұсқаулар жиынтығын) таңдап, компиляторға командаларды жіберетін қарапайым командалық жол мәзірін енгізуді қажет етуі мүмкін (мысалы, «Make 3»), содан кейін көрсетілген бастапқы код файлдарын линкерге беру үшін.

Тарату

Компилятор бастапқы кодты нақты бір процессор архитектурасы үшін екілік нұсқауларға түрлендіреді, соның салдарынан оның тасымалдану мүмкіндігі төмендейді. Бұл түрлендіру тек бір рет, дамытушының ортасында жасалады, содан кейін сол екілік файл пайдаланушының машиналарына таратылып, қосымша аудармасыз орындалуы мүмкін. Кросс-компилятор пайдаланушы машинасының процессоры код құрастырылған машинадан өзгеше болған жағдайда да, олар үшін екілік кодты жасай алады. Интерпретацияланатын бағдарлама бастапқы код түрінде таратылуы мүмкін. Оны әрбір соңғы машинада аудару қажет, бұл көбірек уақыт алады, бірақ бағдарлама таратуды машина архитектурасынан тәуелсіз етеді. Дегенмен, интерпретацияланатын бастапқы кодтың тасымалдануы, мақсатты машинада тиісті интерпретатордың болуына байланысты. Егер интерпретатор бастапқы кодпен бірге жеткізілуі керек болса, жалпы орнату процесі, монолитті атқарылатын файлды жеткізуге қарағанда күрделірек болады, себебі интерпретатордың өзі орнатылатын бөлік болып табылады. Интерпретацияланатын кодты адамдар оңай оқи және көшіре алатыны авторлық құқық тұрғысынан мазасыздық тудыруы мүмкін. Алайда, түрлі шифрлау және бүркемелеу жүйелері бар. Байткод сияқты аралық кодты жеткізу, бүркемелеуге ұқсас әсер етеді, бірақ байткодты декомпилятор немесе дизассемблер арқылы декодтауға болады.

Регрессия

Интерпретация орындаудың жалғыз әдісі ретінде қолданыла алмайды: интерпретатордың өзі интерпретацияланса да, тікелей орындалатын бағдарлама стектің түбінде болуы керек, себебі интерпретацияланатын код, анықтама бойынша, процессор тікелей орындай алатын машиналық кодтан өзгеше болады.

Байт-код аудармашылары

Бағдарлама орындалғанға дейін жасалған талдау мөлшеріне қарай, интерпретация мен компиляция арасында мүмкіндіктер спектрі бар. Мысалы, Emacs Lisp байт-кодқа компиляцияланады, ол Lisp кодының жоғары сығылған және оңтайландырылған түрі, бірақ машиналық код емес (сондықтан ол нақты аппарат құрылғысына тәуелді емес). Бұл "компиляцияланған" код байт-код интерпретаторымен (өзі C тілінде жазылған) орындалады. Бұл жағдайда компиляцияланған код – виртуалды машинаның машиналық коды, ол аппараттық емес, байт-код интерпретаторында жүзеге асырылады. Мұндай компиляциялық интерпретаторлар кейде компретерлер деп те аталады. Байт-код интерпретаторында әрбір команда бір байттан басталады, сондықтан байт-код интерпретаторларында 256-ға дейін команда болуы мүмкін, бірақ олардың бәрі қолданылмайды. Кейбір байт-кодтар бірнеше байттан тұруы және кез келгендей күрделі болуы мүмкін. Компиляция фазасынан өту қажеттілігі жоқ басқару кестелері, байт-код интерпретаторларына ұқсас әдіспен бейімделген интерпретаторлар арқылы тиісті алгоритмдік басқару ағынын анықтайды.

Сызықты кодтар интерпретаторлары

Сызықты код интерпретаторлары байт-код интерпретаторларына ұқсас, бірақ байттардың орнына сілтемелерді пайдаланады. Әрбір "нұсқау" – функцияға немесе нұсқаулар тізбегіне көрсетіп тұратын сөз, оған параметрлер де қосылуы мүмкін. Сызықты код интерпретаторы нұсқауларды циклмен алып, олар көрсеткен функцияларды шақырады, немесе бірінші нұсқауды алып, тікелей оған секіреді, ал әрбір нұсқаулар тізбегі келесі нұсқауды алу және оған секіру арқылы аяқталады. Байт-кодтан өзгеше, қолданылатын жад пен адрес кеңістігінен басқа, әртүрлі нұсқаулардың санына ешқандай нақты шектеу жоқ. Сызықты кодтың классикалық мысалы – Ашық микробағдарламалық жүйелерде қолданылатын Forth коды: бастапқы тіл "F кодына" (байт-код) компиляцияланады, содан кейін оны виртуалды машина түсіндіреді.

Абстрактілі синтаксистік ағаш интерпретаторлары

Интерпретация мен компиляция арасындағы спектрде тағы бір тәсіл – бастапқы кодты оңтайландырылған абстрактты синтаксистік ағашқа (AST) түрлендіру, содан кейін осы ағаш құрылымын қолданып бағдарламаны орындау немесе оны қажетті уақытта түпкі кодты жасау үшін пайдалану. Мұндай тәсілде әрбір сөйлем бір рет ғана талдалады. Байткодқа қарағанда AST-ның артықшылығы – ол бағдарламаның жалпы құрылымын және операторлар арасындағы байланыстарды сақтайды (байткодта бұл ақпарат жоғалады), ал қысылғанда ықшамдау форматты ұсынады. Сондықтан AST-ны дереу компиляторлар үшін байткодтан жақсы аралық формат ретінде қарастыру ұсынылған. Бұл жүйеге орындалу барысында жақсырақ талдау жасауға да мүмкіндік береді. Дегенмен, интерпретаторлар үшін AST байткод интерпретаторына қарағанда көбірек жүктеме тудырады, себебі синтаксисқа қатысты түйіндер ешқандай пайдалы жұмыс атқармайды, ағаш құрылымының өзі тізбектей емес (көптеген сілтемелерді аралау қажет) және ағаштың өзін аралау қосымша жүктеме береді.

Уақытша жинақтау

Интерпретаторлар, байт-код интерпретаторлары және компиляция арасындағы шекараны одан әрі жою – бұл уақытында компиляция (JIT), яғни аралық өрнек орындалу барысында түпкілікті машиналық кодқа компиляцияланатын техника. Бұл түпкілікті кодты орындаудың тиімділігін қамтамасыз етеді, бірақ бастапқы жүктелу уақытын ұзартуға және байт-код немесе AST алғаш компиляцияланғанда жадты көп пайдалануға әкеледі. Ең алғашқы JIT компиляторы 1960 жылы Джон Маккартидің LISP бойынша жұмысымен байланысты. Адаптивтік оптимизация – бұл интерпретатордың жұмыс істеп жатқан бағдарламаны талдап, ең көп қолданылатын бөліктерін түпкілікті кодқа компиляциялайтын қосымша техника. Бұл әдіс бірнеше он жылдан бері қолданылып келеді, 1980-ші жылдары Smalltalk сияқты тілдерде пайда болды. Уақытында компиляция соңғы жылдары тілді жүзеге асырушылардың арасында кең танылды, қазір Java, .NET Framework, көптеген заманауи JavaScript жүзеге асырулары және Matlab JIT компиляторларын қамтиды.

Үлгі интерпретаторы

Шаблон интерпретаторы деп аталатын арнайы интерпретатор дизайны компиляторлар мен интерпретаторлардың арасындағы шекараны одан да нашарлай түседі. Кодты орындау үшін барлық мүмкін байт-кодты қамтитын үлкен коммутаторлық операторды пайдаланудың орнына, бағдарламалық стек немесе ағаш бойынша өту арқылы жұмыс істейтін шаблон интерпретаторы, байт-кодтың (немесе кез келген тиімді аралық өрнектің) үлкен массивін тікелей хост аппараттық құрылғысында орындалатын сәйкес машиналық нұсқауларға бейнелейді. Бұл бейнелеу негізгі-мәнді жұптар түрінде (немесе тиімдірек дизайндарда, машиналық нұсқауларға тікелей мекенжайлар) "Шаблон" деп аталады. Кодтың белгілі бір бөлігі орындалғанда, интерпретатор шаблондағы опкодқа сәйкес келетін жазбаны жүктейді немесе оған секіреді және оны тікелей аппараттық құрылғыда орындайды. Өзінің дизайнына байланысты, шаблон интерпретаторы дәстүрлі интерпретатордың емес, жай уақытта компиляциялаушыға (JIT) көбірек ұқсайды. Алайда, ол техникалық тұрғыдан JIT емес, себебі ол кодты тілден машиналық шақыруларға бір опкодтан кейін бірін аударады, ал толық код сегментінен CPU орындай алатын нұсқаулардың оңтайландырылған тізбектерін жасамайды. Интерпретатордың аппараттық құрылғыға тікелей шақыруларды жіберудің қарапайым дизайны оны басқа барлық түрлерден, тіпті байт-код интерпретаторларынан да жылдам етеді және белгілі бір деңгейде қателерге төзімді етеді. Бірақ, оның кемшілігі – интерпретатор платформадан тәуелсіз виртуалды машинаның немесе стекенің орнына бірнеше әртүрлі архитектураларға аударманы қолдауға тиіс болғандықтан, оны күтуге қиын. Бүгінгі күнге дейін, кең танымал тілдердің ішінде шаблон интерпретаторының жалғыз іске асырылған нұсқасы – Java-ның ресми анықтамалық нұсқасындағы интерпретатор, Sun HotSpot Java Virtual Machine. Өзін-өзі интерпретациялау (әсіресе рефлексивті интерпретациялау) туралы көптеген зерттеулер Схема бағдарламалау тілінде, Lisp-тің бір түрінде жүргізілді. Алайда, жалпы алғанда, кез келген Тьюринг толық тілі өзінің интерпретаторын жазуға мүмкіндік береді. Lisp осындай тіл, өйткені Lisp бағдарламалары символдар мен басқа тізімдердің тізімінен тұрады. XSLT де осындай тіл, өйткені XSLT бағдарламалары XML-де жазылған. Метапрограммалаудың бір саласы – доменге арналған тілдерді (DSL) жазу. Клайв Гиффорд өзіндік интерпретатордың сапасын бағалау үшін (эгенрацио) өлшемді енгізді: N өзіндік интерпретаторлардың стегін орындауға кеткен компьютер уақыты мен N-1 өзіндік интерпретаторлардың стегін орындауға кеткен уақыт арасындағы қатынастың лиміті. Бұл мән орындалып жатқан бағдарламаға байланысты емес. "Компьютерлік бағдарламалардың құрылымы мен интерпретациясы" кітабы Scheme және оның түрлері үшін метациркулярлық интерпретацияның мысалдары келтіреді. Өзін-өзі интерпретациялайтын басқа тілдердің мысалдары – Forth және Pascal.

Making the distinction between compilers and interpreters yet again even more vague is a special interpreter design known as a template interpreter. Rather than implement the execution of code by virtue of a large switch statement containing every possible bytecode, while operating on a software stack or a tree walk, a template interpreter maintains a large array of bytecode (or any efficient intermediate representation) mapped directly to corresponding native machine instructions that can be executed on the host hardware as key value pairs (or in more efficient designs, direct addresses to the native instructions), known as a "Template". When the particular code segment is executed the interpreter simply loads or jumps to the opcode mapping in the template and directly runs it on the hardware. Due to its design, the template interpreter very strongly resembles a just in time compiler rather than a traditional interpreter, however it is technically not a JIT due to the fact that it merely translates code from the language into native calls one opcode at a time rather than creating optimized sequences of CPU executable instructions from the entire code segment. Due to the interpreter's simple design of simply passing calls directly to the hardware rather than implementing them directly, it is much faster than every other type, even bytecode interpreters, and to an extent less prone to bugs, but as a tradeoff is more difficult to maintain due to the interpreter having to support translation to multiple different architectures instead of a platform independent virtual machine/stack. To date, the only template interpreter implementations of widely known languages to exist are the interpreter within Java's official reference implementation, the Sun HotSpot Java Virtual Machine, Much research on self interpreters (particularly reflective interpreters) has been conducted in the Scheme programming language, a dialect of Lisp. In general, however, any Turing complete language allows writing of its own interpreter. Lisp is such a language, because Lisp programs are lists of symbols and other lists. XSLT is such a language, because XSLT programs are written in XML. A sub domain of metaprogramming is the writing of domain specific languages (DSLs). Clive Gifford introduced a measure quality of self interpreter (the eigenratio), the limit of the ratio between computer time spent running a stack of N self interpreters and time spent to run a stack of N − 1 self interpreters as N goes to infinity. This value does not depend on the program being run. The book Structure and Interpretation of Computer Programs presents examples of meta circular interpretation for Scheme and its dialects. Other examples of languages with a self interpreter are Forth and Pascal.

Микрокод

Микрокод – "компьютердің аппараттық және архитектуралық деңгейлері арасына интерпретатор енгізетін" өте кең таралған техника. Осылайша, микрокод – көптеген цифрлық өңдеу элементтерінде жоғары деңгейдегі машиналық код нұсқауларын немесе ішкі күй машинасының тізбегін іске асыратын аппараттық деңгейдегі нұсқаулардың қабаты. Микрокод жалпы мақсаттағы орталық процессорларда, сондай-ақ микроконтроллерлерде, цифрлық сигнал процессорларында, арна контроллерлерінде, дискі контроллерлерінде, желілік интерфейс контроллерлерінде, желілік процессорларда, графикалық процессорларда және басқа да аппараттық құралдарда қолданылады. Микрокод әдетте арнайы жоғары жылдамдықты жадта орналасады және машиналық нұсқауларды, күй деректерін немесе басқа да кірісті детальды схемалық деңгейдегі операциялар тізбегіне аударады. Ол машиналық нұсқауларды негізгі электроникадан бөліп, нұсқауларды еркін жобалауға және өзгертуге мүмкіндік береді. Сондай-ақ, ол күрделі көп қадамды нұсқауларды құруды жеңілдетеді, сонымен бірге компьютерлік схемалардың күрделілігін азайтады. Микрокодты жазуды көбінесе микропрограммалау деп атайды, ал нақты процессордағы микрокодты кейде микропрограмма деп атайды. Көлемді микрокодтау шағын және қарапайым микроархитектураларға кеңірек сөз ұзындығымен, көбірек орындау бірліктерімен және т.б. жабдықталған қуатты архитектураларды эмуляциялауға мүмкіндік береді, бұл процессорлар отбасындағы әртүрлі өнімдер арасында бағдарламалық үйлесімділікті қамтамасыз етудің салыстырмалы түрде оңай жолы.

Компьютерлік процессор

Тіпті микрокодтауды қолданбаған компьютер процессоры да машиналық код нұсқауларын талдап, дереу орындайтын, жалпы мақсаттағы аппараттық сипаттама тілі, мысалы VHDL-да жазылған бірден орындалатын интерпретатор ретінде қарастырылуы мүмкін.

Аудармашының жұмысын түсіну

Java, Perl және Tcl сияқты тілдерде жазылған интерпретаторлар қазіргі кезде бинарлық эмуляция және интернет-қосымшалар сияқты көптеген есептеу міндеттері үшін қажет. Олардың бейімделу қабілетіне қарамастан, интерпретатордың жұмысы, әсіресе аппараттық ресурстары шектеулі жүйелерде, әлі де алаңдау тудырады. Жаңа аспаптар мен із кесу әдістері MIPS командалар жиынтығына және Tcl, Perl және Java сияқты бағдарламалау тілдеріне арналған интерпретаторларды бағалау арқылы орындалу барысында интерпретатордың жұмыс істеу механизмін және процессор ресурстарын пайдалануын түсінуге көмектеседі. Интерпретатордың күрделілігі оның жұмысына әсер етеді, бұл компиляцияланған кодпен салыстыру арқылы көрсетілген. Интерпретатордың тиімділігі интерпретацияланатын нақты қосымшадан гөрі, интерпретатордың ерекшеліктері мен ресурстық қажеттіліктеріне көбірек байланысты екені анық.

Қолданбалар

Интерпретаторлар командалық тілдерді орындау үшін жиі қолданылады, және олар "желім" тілдері ретінде де қолданылады, себебі командалық тілде орындалатын әрбір оператор әдетте редактор немесе компилятор сияқты күрделі процедураны шақыру болып табылады. Өзін-өзі өзгертетін код интерпретацияланатын тілде оңай жүзеге асырылуы мүмкін. Бұл Lisp тіліндегі интерпретацияның және жасанды интеллект зерттеулерінің бастауларымен байланысты. Виртуализация. Нақты аппараттық архитектураға арналған машиналық кодты виртуалды машина арқылы орындауға болады. Бұл көбінесе жоспарланған архитектура қол жетімді болмаған жағдайда, немесе басқа мақсаттармен, мысалы, бірнеше дананы іске қосу үшін қолданылады. Қоршау (Sandboxing): Қоршаудың кейбір түрлері операциялық жүйенің қорғанысына сүйенсе де, интерпретатор немесе виртуалды машина жиі қолданылады. Нақты аппараттық архитектура және бастапқыда арналған аппараттық архитектура бірдей немесе әртүрлі болуы мүмкін. Бұл бесс мағынасыз сияқты көрінуі мүмкін, бірақ қоршаулар өңделіп жатқан бастапқы кодтың барлық нұсқауларын орындауға міндетті емес. Атап айтқанда, ол жұмыс істейтін қауіпсіздік шектеулерін бұзатын кодты орындаудан бас тарта алады. Эмуляторлар – ескірген және қол жетімсіз аппараттық құралдар үшін жазылған компьютерлік бағдарламалық жасақтаманы заманауи құралдарда іске қосу үшін қолданылады.