Ինտերպրետատոր

Ինտերպրետատոր, ծրագիր, որն ուղղակիորեն կատարում է ծրագրավորման կամ սկրիպտավորման լեզուներով գրված հրամաններ, առանց դրանք նախապես կոմպիլյացնելով մեքենայական լեզվի ծրագրի։ ինտերպրետատորը ծրագրի կատարման համար հիմնականում օգտագործում է հետևյալ ստրատեգիաներից մեկը՝

վերլուծել () սկզբնական կոդը և ուղղակիորեն կատարել,
թարգմանել սկզբնական կոդը, ինչ որ միջանկյալ տեսքի և իրականացնել այն,
հստակ իրականացնել պահպանված նախակոմպիլյացված () կոդը՝ կոմպիլյատորի կողմից կազմված, որը հանդիսանում է ինտերպրետատորի համակարգի մի մաս։

Սկզբնական ծրագրերը կոմպիլյացվում են նախապես և մեքենայում պահվում որպես անկախ կոդ, որը հետո կապվում է կատարման ժամանակ և իրականացվում ինտերպրետատորի և/կամ կոմպիլյատորի կողմից ( կոմպիլյացիայի համակարգի համար)։

Չնայած ինտերպրետացիան և կոմպիլյացիան համարվում են երկու հիմնական միջոց ծրագրավորման լեզուների իրականցման համար, դրանք չեն հակասում միմյանց, որովհետև ինտերպրետացվող համակարգերի մեծ մասը կատարում է նաև թարգմանչական աշխատանք, ինչպես կոմպիլյատորը։ "Ինտերպրետացվող լեզու" կամ "կոմպիլյացվող լեզու" տերմինները նշանակում են, որ տվյալ լեզվի իրականացումը տեղի է ունենում ինտերպրետատորի կամ կոմպիլյատորի միջոցով՝ համապատասխանաբար։

Կոմպիլյատորների և ինտերպրետատորների համեմատումը 

Բարձր մակարդակի լեզուներով գրված ծրագրերը,  կամ ուղղակիորեն իրականցվում են ինտերպրետատորի ինչ-որ մի տեսակով, կամ կոմպիլյատորի կողմից ձևափոխվում են մեքենայական կոդի՝ պրոցեսորի համար, որպեսզի այն կատարի։

Չնայած կոմպիլյատորների հիմնական արդյունքը հարդվերի կողմից գործարկվող մեքենայական կոդն է, դրանց արդյունքը հաճախ կարող է ընդունել միջանկյալ տեսք՝ օբյեկտային կոդ () անվանմամբ։ Կոմպիլյացվող ծրագիրը սովորաբար օգտագործում է կառուցվող բլոկներ (ֆունկցիաներ) գրադարանում պահված այդպիսի օբյեկտային կոդի մոդուլներ. Կապերի խմբագրիչը () օգտագործում է գրադարանային ֆայլերը օբյեկտային ֆայլերի հետ միավորելու համար մեկ գործարկվող () ֆայլում։

Երկուսն էլ՝ կոմպիլյատորները և ինտերպրետատորները հիմնականում սկզբնական կոդը վերածում են թոքենների (), երկուսն էլ կարող են գեներացնել վերլուծության ծառ (), և երկուսն էլ կարող են գեներացնել անմիջական հրահանգներ (ստեկային մեքենայի համար կամ այլ միջոցներով)։ Հիմնական տարբերությունն այն է, որ կոմպիլյացվող համակարգերը, այդ թվում լինկերը, գեներացնում են ակախ գործող մեքենայական կոդի ծրագիր, մինչդեռ ինտերպրետացվող համակարգերը դրա փոխարեն իրականացնում են գործողություններ նկարագրված բարձր մակարդակի լեզուներով։

Կոմպիլյատորը փոխակերպում է միանգամից ամբողջ սկզբնական կոդը։ Արդյունքը ստացվում է մեկ կամ մի քանի օբյեկտային կոդի ֆայլեր։ Իտերպրետատորը նույնպես փոխակերպում է սկզբնական կոդը, սակայն տող առ տող։ Երբ առաջին տողը արդեն փոխակերպված է, այն միանգամից կատարվում է։

Մեկ անգամ կոմպիլյացնել և կատարել  ցանկացած ժամանակ։ Կոմպիլյացվող ծրագիրերն ամեն անգամ չեն կոմպիլյացվում։ Ինտերպրետացվող ծրագրերը ինտերպրետացվում են տող առ տող ամեն անգամ, երբ դրանք կատարում են։

Կոմպիլյատորը չի թույլատրում գործարկել ծրագիրը, քանի դեռ այն լիովին անսխալ է։ Ինտերպրետատորը կատարում է ծրագիրն առաջին տողից սկսած և դադարում է միայն այն դեպքում, երբ հանդիպում է սխալ։

Մշակման ցիկլ 
Ծրագրային ապահովման մշակման ցիկլում, ծրագրավորողները սկզբնական կոդում հաճախակի փոփոխություններ են կատարում։ Կոմպիլյատորի օգտագործման դեպքում, ամեն անգամ երբ սկզբնական կոդը փոխվում է, դրանք պետք է սպասեն կոմպիլյատորին, որպեսզի թարգմանի փոխված սկզբնական ֆայելրը (), և կապի բոլոր երկուական կոդերի ֆայլերը իրար, հետո ծրագրը կարող է կատարվել։ Ինչքան ծրագիրը մեծ է, այդքան երկար պետք է սպասել։ Ինտերպրետատորի օգտագործման դեպքում ծրագրավորողը սպասում է ավելի քիչ, քանի որ ինտերպրետատորը կոդը թարգմանում է ներկայացնելով այն միջանկյալ տեսքով(կամ ամբողջը չի թարգմանում)։ Հետևությունները դառնում է ակնհայտ, սկզբանակն կոդը պահելուց () և ծրագիրը բեռնելուց() հետո։

Բաշխման սկզբունք 

Կոմպիլյատորը սկզբնական կոդը փոխակերպում է բինար ինստրուկցիաների, հատուկ պրոցեսսորի համար, դարձնելով այն ավելի քիչ դյուրակիր()։ Այդ փոխակերպումը տեղի է ունենում միայն մեկ անգամ և դրանից հետո նույն բինար ինստրուկցիաները տեղաբաշխում են օգտագործողի մեքենայում, որտեղ այն կարողանում է կատարվել առանց հետգա թարգմանությունների։ Կրոսս կոմպիլյատորները կարողանում են գեներացնել բինար կոդ օգտագործողի մեքենայի համար, անգամ եթե այն ունի այլ պրոցոսսոր քան մեքենան, որտեղ կոդը կոմպիլյացվում է։

Ինտերպրետացվող ծրագրերը կարող են բաշխվել սկզբնական կոդի տեսքով։ Այն պետք է թարգմանված լինի յուրաքանչյուր վերջնական մեքենայում, որը շատ ժամանակ է տևում, բայց ծրագիրը տեղաբաշխում է անկախ մեքենայի ճարտարապետությունից։ Այնուամենայնիվ, ինտերպրետացվող սկզբանկան կոդերի տեղափոխումը կախված է ելքային մեքենայից () իրապես ունենալով համապատասխան ինտերպրտատոր։

Էֆեկտիվություն 
Հիմանականում ինտերպրետատորի թերությունը հանդիսանում է այն, որ ինտերպրետատորը ծրագիրը կատարում է դանդաղ, քան եթե այն կոմպիլյացված լիներ։ Արագության փոփոխությունը կարող է լինել մեծ կամ փոքր։ Ինտերպրետատորի ներքևի ծրագրը աշխատացնելու համար, այն հիմանկանում զբաղեցնում է երկար ժամանակ, քան կոմպիլյացված ծրագրն աշխատացնելը, բայց դա ինտերպրետացնելու համար այն կարող է զբաղեցնել քիչ ժամանակ, քան դա կոմպյացնելու և աշխատացնելու ընդհանուր ժամանակը։ Սա հատկապես կարևոր է, երբ նախատիպավորվում և տեստավորվում է կոդը, երբ խմբագիր-ինտերպրետատոր-դեբագ ցիկլը() հաճախ կարող է լինել շատ ավելի կարճ քան խմբագիր-կոմպիլյացիա-կատարում-դեբագ () ցիկլը։

 Կոդի ինտերպրետացումը կատարվում է ավելի դանդաղ է, քան կոմպիլյացվող կոդի կատարումը, քանի որ ծրագրում ինտերպրետատորը պետք է վերլուծի յուրաքանչյուր հրաման, ամեն անգամ երբ այն կատարվում է և հետո կարի անհրաժեշտ գործողություններ, մինչդեռ կոմիլյացվող կոդը ուղղակի կատարում է գործողություններ, ֆիքսված կոնտեքստում՝ կոմպիլյատորի կողմից սահմանված։ Դա կատարման ժամանակի վերուծությունն է։ Ինտերպրետատորում փոփոխականների հասանելությունը ևս դանդաղ է, քանի որ պահպանման տեղերում իդենտիֆիկատորների մափփինգը() պետք է անել հաճախակի կատարման ժամանակ, այլ ոչ թե կոմպիլյացիայի ժամանակ։

Մշակման արագության(երբ օգտագործում են ինտերպրետատոր) և կատարման արագության (երբ օգտագործում են կոմպիլյատորներ) միջև գոյություն ունեն տարբեր կոմպրոմիսներ։ Որոշ համակարգեր (օրինակ որոշ լիսպեր)թույլատրում են ինտերպրետացնել և կոմպիլյացնել կոդը կանչելով միմյանց և բաժանելով փոփոխականները։ Շատ Ինտերպրետատորներ սկզբնական կոդը չեն կատարում, ինչպես արժե, բայց այն փախակերպում են ինչ-որ ավելի կոմպակտ ներքին տեսքի։ Շատ հիմանական ինտերպրտատորներ բանալի բառերը փոխարինում են մի բայթ նիշերի (), որոնք կարող են օգտագործվել անցման աղյուսակներում () ինստրուկցիաների որոնման համար։ Որոշ ինտերպրետատորներ, ձգտում են ավելի բարձր մակարդակի ծրագրերի խտացման՝  օգտագործելով բիթ-կողմնորոշված(այլ ոչ թե բայթ-կողմնորոշված ) ծրագրերի հիշողության ստրուկրուրաներ, որտեղ նշանների հրամանները հնարավոր է զբաղեցնեն 5 բիթ, անվանապես "16-bit" հաստատնները պահվում են փոփոխական-երկարության կոդում (, այն կոդ է, որը ցուցադրում է սկզբնական սիմվոլները փոփոխականի թվերի բիթերով ) պահանջելով 3, 6, 10, կամ 18 բիթ և օպերանդի հասցեն ներառում է <բիթ օֆսեթ> ()։

Ինտերպրետատորը կարող է օգտագործել նույն լեքսիական անալիզատորը և շարահյուսական վելուծություն, ինչպես կոմպիլյատորը և հետո ինտերպրետացնում է արդյուքը աբստրակտ շարահյուսության ծառի տեսքով()։

Ռեգրեսիա 
Ծրագրի կատարման համար ինտերպրետացիան չի կարող օգտագործվել միակ մեթոդ՝ թեև ինտերպրետատորը կարող է ինքն իրեն ինտերպրետացնել և այլն, ծրագրի անմիջական կատարման համր անհրաժեշտ է ստեկի ներքևի ինչ որ հատված, ինչպես պրոցեսսորը կարող է կատարել մեքենայկան կոդը ։

Վարիացիաներ

Բայթկոդ ինտերպրետատորներ 

Ինտերպրետացիայի և կոմպիլյացիայի միջև կան հնարավորությունների ամբողջ սպեկտոր, կախված կատարված վերլուծությունների քանակից՝ մինչև ծրագրի կատարումը։ Օրինակ Emacs Lisp-ը կոմպիլյացնում է բայթկոդը, որը չափազանց խտացված է () և օպտիմիզացիան ներկայացնում է Լիսպի սկզբանական, բայց ոչ մեքքենայական կոդ։ Այդ <կոմպիլյացված> կոդը հետո ինտերպրետացվում է բայթկոդ ինտերպրետատորով։ Այս դեպքում կոմպիլյացված կոդը մեքենայական կոդ է վիրտուալ մեքենայի համար, որը իրականցվում ոչ թե հարդվերում, այլ ինտերպրետատորի բայթկոդում։ Նույն մոտեցումը օգտագործվում է Forth կոդի դեպքում օգտգերծելով Open Firmware համակարգում՝ սկազբանկան լեզուն կոմպլյացվում է <F code>-ի (բայթկոդ), որը հետո ինտերպրետացվում է վիրտուալ մեքենայում։

Աբստրակտ շարահյուսության ծառ Ինտերպրատատորներ  
Ինտերպրետացիայի և կոմպիլյացիայի միջև, այլ մոտոցում է, սկզբնական կոդի փոխակերպումը օպտիմալցված աբստրակտ շարահյուսության ծառի,  կոմպիլյացնելով ծրագիրը այդ ծառի կառուցվածքին, կամ օգտագործում է այն դինամիկ գեներացնելով սեփական կոդ( կամ մեքենայական կոդ) ։ Այս մոտեցմամբ նախադասության շարահյուսական վերլուծությունը() կատարվում է միայն մեկ անգամ։ JIT-կոմպիլյյատերների համար աբստրակտ շարահյուսության ծառը () հանդիսանում է ավելի լավ միջանկյալ ձևաչափ, քան բայթկոդը։ Բացի այդ Ծրագրի կատարման ժամանակ այդ համակարգը ավելի լավ վերլուծություն է կատարում։

Սակայն, ինտերպրետատորների համար աբստրակտ շարահյուսության ծառը () դառնում է պատճառ ավելի շատ վերադիր ծախսերի (), քան բայթկոդ ինտերպրետատորի դեպքում։

JIT կոմպիլյացիան (Just-in-time compilation) 

JIT կոմպիլյացիան տեխնալոգիա է,  որը բարձրացնում է ծրագրային համակարգերի արդյունավետությունը, օգտագործելով բայթկոդ, կոմպիլյացնում է այն մեքենայական կոդի կամ այլ ձևաչափի, ծրագրի կատարման ժամանակ։ Դա տալիս է էֆեկտիվություն սեփական կոդը աշխատեցնելիս, գործարկաման ժամանակի հաշվին և ավելացնում է հիշողության օգտագործումը երբ բայթկոդը կամ աբստրակտ շարահյուսության ծառը սկզբում կոմպիլյացվում են։  Ադապտիվ օպտիմիզացիան  լրացուցիչ մեթոդ է, որում ինտերպրետատորը ուրվագծում է կատարվող ծրագիրը և կոմպիլյացնում է սեփական կոդում, առավել հաճախակի կատարվող մասերը։ Երկու մեթոդներն էլ հին են, հայտնվել են այնպիսի լեզուներում ինչպիսին է ՝ Smalltalk-ը 1980 թ․-ին։

Self-ինտերպրետատոր (Self-interpreter) 
Self-ինտերպրետատորը ծրագրավորման լեզվի ինտերպրետատոր է, գրված ծրագրավորման լեզվով, որը կարող է ինտերպրետացնել ինքն իրեն, օրինակ BASIC ինտերպրետատորը գրված  BASIC-ով։

Եթե լեզվի համար գոյություն չունի կոմպիլյատոր պետք է ինտերպրետացնել, Self-ինտերպրետատորի ստեղծումը պահանջում է լեզվի իրականացում բազային լեզվում(), այն կարող է լինել ցանկացած ծրագրավորման լեզու կամ ասսեմբլեր։ Ունենալով առաջին ինտերպրետատորը ինչպիսին դա է, համակարգը բուտստրապպվում է(, ծրագրավորման լեզվի կոմպիլյատորի ստեղծման մեթոդ է, երբ կոմպիլյատորի կոդի զգալի մասը ստեղծվում է ելքային լեզվով ())

Համակարգչային լեզվի սահմանումը, որպես կանոն իրականցվում է աբստրակտ մեքենայով () կամ մաթեմատիկակն ֆունկցիաներով()։ Լեզուները կարող են սահմնավել ինտերպրետատորով, որում բազային լեզվի () սեմանտիկան տրված է։ Self-ինտերպրետատորվ սահմանված լեզուները հիմնավորված չեն (չեն կարող սահմանել լեզուներ), բայց Self-ինտերպրետատորը ընթերցողին ներկայացնում է լեզվի արտայհայտչությունը և էլեգանտությունը։ Դա նաև թույլ է տալիս թարգմանչին ինտերպրետացնել իր սկզբնական կոդը, առաջին քայլը ուղվելով ինտերպրետացիայի արտացոլմանը։
Կարևոր ասպեկտ է Self-ինտերպրետատորի իրականացումը՝ ինտերպրետացվող լեզվի առանձնահատկությունը հանդիսանում է արդյո՞ք նույն առանձնահատկություն՝ իրականցվող ինտերպրետատորի բազային լեզվում։

Հավելվածներ  
 Ինտերպրետատորները հիմանակնում օգտագործում են կատարելու համար հրամանային լեզուներ, և glue լեզուներ, քանի որ յուրաքանչյուր օպերատոր կատարվում է հրամանային լեզվում, դա հիմանկանում կանչում է համալիր ենթածրագիր, այնպիսին ինչպիսին է խմբագիրը ( ) կամ կոմպիլյատորը։ 
 Ինքնաձևափոխվող կոդը ( ) կարող է հեշտությամբ իրականցվել ինտերպրետացվող լեզուներում։ Դա վերաբերվում է Լիսպի ինտերպրետացիային և արհեստական բանականության հետազոտմանը։ 
 Վիրտուալիզացիա( )։Վիրտուալիզացիան վերաբերվում է ինչ-որ բանի վիրտուալ տարբերակի ստեղծմանը, ներառած վիրտուալ հարդվերի պլատֆորմներ, օպերացիան համակարգեր, հիշող սարքեր, համակարգչային ցանցի ռեսուրսներ։։Մեքենայական կոդը նախատեսված մեկ հարդվերի ճարտարապետության համար, կարող է աշխատել մեկ ուրշներում, օգտագործոլով վիրտուալ մեքենա։
 Ավազաման ( )։ Ավազամանը համակարգչային անվտանգությունում հատուկ մշակված միջոց է, համակարգչային ծրագրերի անվտանգ կատարման համար։։ Ինտերպրեատատորը կամ վիրտուալ մեքնենան իրականում ստիված չեն կատարել սկզբանական կոդի բոլոր հրամանները, դա մշակվում է։ Մասնավորապես, այն կարող է հրաժարվել կարարել կոդը, որը խախտում է որևէ ապահովության սահմանները։

Հղումներ 
 IBM Card Interpreters page at Columbia University
 Theoretical Foundations For Practical 'Totally Functional Programming' 
 Short animation 
 http://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-004-computation-structures-spring-2009/lecture-notes/MIT6_004s09_lec11.pdf
 https://q3k.org/gentoomen/Programming/Pragmatic%20Programmers/Language%20Implementation%20Patterns.pdf 

Ծրագրային ապահովում