Interpreti e compilatori: cosa sono e in cosa differiscono?

Il codice sorgente di linguaggi di programmazione di alto livello come PHP, Swift e JavaScript assomiglia un po' al linguaggio naturale. Vedrai parole inglesi in tale codice e sarai in grado di comprendere alcune delle sue funzionalità, anche se non conosci la lingua stessa. Ma tale codice sorgente deve essere in un formato leggibile dalla macchina affinché il computer esegua il programma finale.

Per fare ciò, la macchina ha bisogno di un intermediario per tradurre il tuo codice in qualcosa che possa elaborare. Questo intermediario potrebbe essere un interprete, un compilatore o un assemblatore. Fanno tutti una cosa simile: traducono il codice sorgente da una forma leggibile dall'uomo in una leggibile dalla macchina. Ma il modo in cui lo fanno è molto diverso.

Cos'è un interprete?

Un interprete legge ogni riga di codice, una alla volta, e la esegue immediatamente in fase di esecuzione. Un interprete non attende che l'intero codice sorgente venga convertito in codice macchina prima di inviarlo alla CPU. Invece, converte ogni riga di codice nel codice byte specifico dell'interprete ed esegue ogni istruzione man mano che viene tradotta. Mentre l'attività di esecuzione si basa direttamente sull'interprete, la CPU alimenta l'interprete stesso.

Poiché analizza ed esegue ogni riga alla volta, il processo è spesso relativamente più lento. Con questo in mente, gli errori nei linguaggi di programmazione interpretati sono facili da individuare poiché forniscono un feedback immediato per ogni riga di codice.

Tuttavia, una battuta d'arresto di questo comportamento è che un errore in fase di esecuzione provoca l'arresto anomalo del programma durante l'esecuzione, con conseguente scarsa esperienza utente, soprattutto se il progetto non dispone di test adeguati.

Cos'è un compilatore?

Un compilatore legge il codice sorgente e lo traduce in un eseguibile leggibile dalla macchina. A differenza di un interprete, legge l'intero codice sorgente in una volta sola, generando codice macchina per la successiva elaborazione da parte della CPU. Poiché il compilatore esegue questa attività solo una volta, i programmi compilati sono in genere più veloci e più efficienti in termini di memoria.

Tuttavia, il compilatore non tiene conto degli errori di runtime. Invece, segnalerà alcuni errori in fase di compilazione, che di solito è meglio. Questo tipo di errore si presenta durante lo sviluppo, non quando il programma inizia a funzionare. Tuttavia, tieni presente che gli errori in fase di esecuzione sono ancora possibili, anche nei programmi compilati.

Le principali differenze

Interpreti e compilatori sono entrambi comuni, quindi è utile conoscere le principali differenze tra loro.

Esecuzione del codice: elaborazione di input e output

Un interprete può solo raccogliere, tradurre ed eseguire ogni input per riga. Esegue ogni riga del codice sorgente in sequenza così come arriva e l'output finale dipende da ciò che ogni riga emette durante l'esecuzione.

Un compilatore raggruppa l'intero codice sorgente e lo traduce una sola volta. Quindi prende l'intero codice sorgente come input, che converte e invia alla CPU per ottenere un output.

Debug e tracciabilità degli errori

Per il codice interpretato, gli errori sono più rintracciabili poiché l'interprete può segnalarli facendo riferimento direttamente alla fonte originale. Tuttavia, una volta che si verifica un errore in qualsiasi momento durante l'esecuzione, l'interprete si interrompe. Quindi gli errori di debug possono essere un po' impegnativi poiché è necessario riprodurli in fase di esecuzione. Può anche peggiorare se la registrazione in fase di esecuzione è inadeguata.

D'altra parte, gli errori di runtime in un linguaggio compilato potrebbero essere più difficili da rintracciare poiché non esiste un interprete che li riporti. Ma gli errori che scopri in fase di compilazione sono generalmente più facili da gestire poiché il compilatore li identificherà in modo coerente.

La maggior parte dei linguaggi compilati ha anche un meccanismo per rilevare variabili inutilizzate, incompatibilità di tipo e sintassi errata, prevenendo questo tipo di errori nella fase iniziale.

Prestazioni e velocità

Come previsto, un compilatore aiuta la macchina a eseguire il codice del programma più velocemente poiché la CPU elabora il codice solo una volta. Non è così per gli interpreti, che traducono ogni riga in fase di esecuzione.

Anche se ci sono principi di programmazione che puoi utilizzare per ottimizzare il codice interpretato, l'interprete impiegherà comunque del tempo ad analizzare ed eseguire ogni riga prima di passare alla successiva. Tuttavia, sono disponibili helper del compilatore per rendere più veloci i linguaggi interpretati.

Ad esempio, il browser Chrome elabora JavaScript utilizzando il motore V8; questo viene eseguito sul compilatore Just-In-Time (JIT). Il modulo Pyinstaller è un altro helper che raggruppa e compila uno script Python in un pacchetto eseguibile.

Sebbene questi helper siano utili per raggruppare un linguaggio interpretato in un compilatore, ciò non cambia il fatto che il traduttore di base è ancora un interprete.

Utilizzo della memoria

Il comportamento di utilizzo della memoria dell'interprete e del compilatore è relativo e spesso dipende dal codice sorgente e da altri fattori. Mentre alcuni programmatori sostengono che il blocco del codice negli interpreti riduce l'utilizzo della memoria, gli interpreti registrano anche l'utilizzo della memoria aggregata.

Ad esempio, quando esamini il file profilo di utilizzo della memoria del tuo codice Python, la quantità di memoria che consuma potrebbe sorprenderti.

In generale, tuttavia, i programmi compilati richiedono meno memoria durante l'esecuzione. Poiché convertono in anticipo l'intero codice sorgente in codice leggibile dalla macchina, danno meno lavoro alla CPU. Ciò è in contrasto con gli interpreti, che traducono il codice solo in fase di esecuzione.

Supporto del linguaggio di programmazione

L'interprete e il compilatore hanno una buona parte di distribuzione del linguaggio di programmazione. Alcuni linguaggi compilati popolari includono C, C#, Rust e Golang. Anche i linguaggi interpretati sono popolari, tra cui Python, JavaScript e PHP.

Più programmatori tendono a preferire i linguaggi interpretati. Sebbene JavaScript e Python utilizzino interpreti, sono i due linguaggi più desiderati in assoluto, secondo il Sondaggio per sviluppatori Stack Overflow del 2023. Rust e C# rappresentano i gruppi compilati nella quinta e sesta posizione.

Dove brillano le lingue interpretate

Gli interpreti brillano in queste aree:

• Consentono una facile traccia degli errori poiché l'interprete esegue ciascuna riga di codice separatamente.
• Spesso è più veloce ottenere prima un prodotto valido minimo con i linguaggi interpretati, poiché hanno sintassi meno complesse rispetto ai linguaggi compilati.
• A differenza dei linguaggi compilati con tipizzazione statica, i linguaggi interpretati utilizzano la tipizzazione dinamica, riducendo la complessità del codice e migliorando la leggibilità.

Dove vincono i linguaggi compilati

E i compilatori? Ecco alcuni aspetti che le loro lingue mostrano una certa forza:

• I linguaggi compilati sono in genere più veloci durante l'esecuzione, richiedendo meno memoria di runtime poiché la traduzione del codice avviene solo una volta in anticipo.
• L'esecuzione dopo la compilazione aiuta nel rilevamento precoce dei bug. Il compilatore garantisce che la distribuzione fallisca quando si verifica un errore. Questo è meglio che rilevare errori durante il runtime.
• Sebbene tipizzati staticamente, i linguaggi compilati definiscono chiaramente gli intenti di variabili e funzioni, rendendole più documentate.

Scegliere il traduttore giusto per il tuo progetto

Come hai visto, il compilatore e l'interprete hanno le rispettive aree in cui eccellono. Mentre alcuni programmatori sostengono che i linguaggi compilati sono complessivamente più veloci e migliori, altri sostengono che le prestazioni dipendono dalla struttura del codice e dalla piattaforma.

Ma ancora più importante, la scelta del traduttore dovrebbe dipendere anche da molti altri fattori oltre ai loro meccanismi tecnici. La facilità di apprendimento, la comunità e l'intento del progetto sono tra i fattori da considerare nella scelta tra linguaggi interpretati e compilati.