کامپایلر چیست؟ معرفی 2 نوع اصلی، عملکرد و تفاوت آن با مفسر

از معروف‌ترین زبان‌های مفسری می‌توانیم به زبان‌های BASIC ،MATLAB ،Perl ،PHP ،Python ،Ruby و جاوا اسکریپت اشاره کنیم.همچنین معروف‌ترین زبان‌های کامپایلری زبان‌های C++ ،C# ،Pascal، جاوا و … هستند. بزرگترین مزیتی که مفسر دارد این است که برنامه نوشته‌شده اصلی، وابسته به نوع سخت‌افزار نیست. یعنی برنامه‌ای که به زبان مفسر نوشته شود می‌تواند بر روی هر نوع سیستم‌عاملی اجرا شود. بام لرن  یک مرجع برنامه نویسی می باشد که می تواند تمام آنچه نیاز شما از یک وب سایت آموزشی حرفه ای است را رفع کند. بایت کد مستقل از پلتفرم است و می تواند بر روی هر پلتفرمی که جاوا را پشتیبانی می کند ارسال و اجرا شود.

یکی از دلایل اصلی محبوبیت برنامه نویسی، رشد سریع تکنولوژی در دنیا است که در حال حاضر همه مشاغل به این حوزه نیازمند هستند. از دیگر دلایل محبوبیت می توان به نیاز بازار به تکنولوژی های جدید مانند هوش مصنوعی، بلاکچین و یادگیری ماشین اشاره کرد. از دیگر دلایل محبوبیت برنامه نویسی می توان به انعطاف زمان و مکان برنامه نویسی اشاره کرد. برنامه‌ریزی برای یادگیری برنامه‌نویسی در کنار کار یا تحصیل، به زمان‌بندی دقیق و تعهد نیاز دارد. با تقسیم اهداف به گام‌های کوچک، استفاده از زمان‌های مرده و اولویت‌بندی، می‌توانید به‌صورت پیوسته پیشرفت کنید و در نهایت به هدف خود برسید. به یاد داشته باشید، موفقیت در این مسیر به استمرار و نه سرعت وابسته است.

کامپایلر قابل حمل C (PCC) تقریبا یک کامپایلر اولیه به‌حساب می‌آید که تاسیس آن حدودا به زمان تاسیس زبان برنامه نویسی C در سال ۱۹۷۰ باز می‌گردد. می‌توان گفت عمر کامپایلر Portable C به شکل قابل توجهی طولانی بوده است به طوری که اکثریت نرم افزارها با استفاده از این کامپایلر ایجاد شده‌اند. کامپایلرها ابزارهای بسیار قدرتمندی برای ترجمه‌ی کدهای نوشته‌شده به زبان‌های سطح بالا به کد ماشین هستند که توسط پردازنده‌ها قابل اجرا است. با وجود این مزایا، کامپایلرها محدودیت‌ها و چالش‌های خاص خود را دارند. کراس کامپایلر (Cross Compiler) نوعی کامپایلر است که روی یک سیستم (میزبان یا Host) اجرا می‌شود ولی کد تولید شده برای اجرا روی سیستم دیگری (هدف یا Target) طراحی شده است.

البته که مترجم می‌تواند کار شما را راحت تر کند و زبان شما را برای افراد دیگری که زبان متفاوتی دارند، ترجمه کند تا آنان راحت تر بتوانند با شما ارتباط برقرار کند. در مجموعه سورس ایران سعی می کنیم علاوه بر آموزش برنامه نویسی، به مسائل مرتبط و مهارت های نرم بپردازیم تا بعدهای مختلف را پوشش دهیم. به بیان ساده، کامپایلر برنامه‌ای است که یک برنامه نوشته شده در یک زبان خاص ساخت‌یافته را خوانده و آن را به یک برنامه مقصد (Target Language) تبدیل می‌نماید. در یکی از مهم‌ترین پروسه‌های این تبدیل، کامپایلر وجود خطا را در برنامه مبدأ اعلام می‌نماید. راه‌های مختلفی برای دسته‌بندی کامپایلرها وجود دارد، مثلاً می‌توان آن‌ها را با توجه به ورودی، خروجی، ساختار داخلی یا رفتار زمان اجرای آن تقسیم‌بندی کرد.

به همین جهت برای شرکت در این دوره هیچ پیش‌نیاز به خصوصی وجود ندارد و افراد با هر سطحی از آگاهی و تحصیلات می‌توانند از مباحث این دوره نهایت استفاده را داشته باشند. ما برای رشد و پیشرفت در زندگی و افزایش کیفیت آن نیاز داریم تا آموزش ببینیم، انسان های موفق همواره در حال آموزش دیدن، کسب تجربه و مهارت هستند. پیش پردازشگر همه دستورات #include را به وسیله ی فایل‌هایی به نام inclusion  و همه دستورالعمل‌های #define با استفاده از بسط macro  حذف می‌کند. نظرتون درباره این مقاله چیه؟ما رو راهنمایی کنید تا اون رو کامل تر کنیم و نواقصش رو رفع کنیم.توی بخش دیدگاه ها منتظر پیشنهادهای فوق العاده شما هستیم.

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. کامپایلرهای افزایشی، نوعی از کامپایلرها هستند که در زمان ویرایش و تغییر کدهای منبع برنامه، فقط کدهای ویرایش شده را مجدداً کامپایل می‌کنند و همه کدهای برنامه را کامپایل نمی‌کنند.

این نوع کامپایلرها معمولاً برای زبان‌های برنامه‌نویسی مانند C و C++ استفاده می‌شوند و به دلیل تولید کد سریع و کارآمد، همچنان محبوب هستند. 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 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.

محیط‌های توسعه یکپارچه به منظور به حداکثر رساندن بهره‌وری برنامه‌نویس با ارائه مؤلفه‌های گره‌دار با رابط‌های کاربری مشابه طراحی شده‌اند. IDEها یک برنامه واحد ارائه می‌دهند که در آن تمام توسعه‌ها انجام می‌شود. این برنامه به‌طور معمول ویژگی‌های بسیاری را برای نویسندگی، اصلاح، کامپایل، راه‌اندازی و اشکال‌زدایی نرم‌افزار ارائه می‌دهد. این با توسعه نرم‌افزار با استفاده از ابزارهای نامربوط، مانند vi, GCC یا make سازگار است. اما همین نکته این تفاوت را ایجاد می‌کند که زبان کامپایلر وابسته به سیستم‌عامل است، یعنی در صورتی اجرا خواهد شد که در آن سیستم‌عامل کامپایل شده باشد و در سیستم‌عامل‌های دیگر اجرا نخواهد شد.

این فرآیند نه تنها زمان کامپایل را کاهش می‌دهد، بلکه بهره‌وری تیم توسعه را نیز افزایش می‌دهد. این نوع کامپایلرها معمولاً در محیط‌های توسعه یکپارچه (IDE) مورد استفاده قرار می‌گیرند، جایی که نیاز به اجرای سریع تغییرات در کد وجود دارد. این روش زمان کامپایل را کاهش می‌دهد و برای پروژه‌هایی که تغییرات مکرر دارند، بسیار کارآمد است. این نوع کامپایلرها در محیط‌های توسعه یکپارچه (IDE) به‌وفور یافت می‌شوند.در مقاله IDE چیست؟کاربرد آن در برنامه نویسی و معرفی انواع به طور کامل با IDE  آشنا میشوید . یعنی در زمانی که کامپایلرها در حال پیشرفت خوبی بودند، پردازشگرهای برداری باعث پس‌رفت آن‌ها شدند و زمان را به عقب برگرداندند. برنامه نویسان هیچ‌گاه مجدداً به طور کامل با زبان اسمبلی کدنویسی نکردند، اما تغییراتی که مجبور بودند روی زبان فرترن ایجاد کنند در حد زیادی بود و کدهای فرترن را کاملاً تغییر می‌داد.

یکی از مشکلاتی که تقریبا همه برنامه نویسان در ابتدای مسیر فعالیت و یادگیری خود با آن دست و پنجه نرم می کنند، نداشتن مسیر یادگیری برنامه نویسی به صورت دقیق است. در ابتدای مسیر برنامه نویسی، باید حوزه مد نظر خود را به درستی با قاطعیت کامل انتخاب کنید و در ابتدای مسیر خود باید درک درستی از حل مسائل و طراحی الگوریتم داشته باشید. برای شروع این مسیر جذاب، ما به شما دوره آموزشی الگوریتم چیست؟ (اولین قدم شروع برنامه نویسی) را پیشنهاد می کنیم. پس از این دوره وقت آن است که یک زبان برنامه نویسی را در حوزه متنوع خود انتخاب کنید و در آن عمیق شوید. C++ و C# دو زبان قوی و پرکاربرد هستند که در حوزه‌های مختلفی مانند بازی‌سازی و توسعه نرم‌افزارهای کاربردی استفاده می‌شوند. C++ به دلیل سرعت و کارایی بالا در پروژه‌هایی که نیاز به عملکرد قوی دارند، مانند موتورهای بازی و سیستم‌های تعبیه‌شده، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این موضوع می‌تواند تجربه کاربری را تحت تاثیر قرار دهد و نیاز به بهینه‌سازی‌های بیشتر داشته باشد. همین مزیتِ به صورتِ یک‌جا کامپایل شدن زبان‌های کامپایلر در بخش خطایابی و رفع مشکل، نقص به‌حساب می‌آید. تلاش ، تجربه و مشتری مداری از سرمایه های اصلی ما در جهت کسب اعتماد مشتریان است به عقیده ما از اصول مهم یک تجارت ، رضایت مشتری است. به آخر این نوشتار رسیده‌ایم و این بود از بهترین کامپایلرهای زبان برنامه‌نویسی C (کامپایلر زبان C). حال فهمیدیم که چرا به آنان نیاز داریم (مثال مترجم) و چرا اینقدر در زبان‌های برنامه‌نویسی کامپایلرها نقش اساسی دارند.

مرحله تحلیل نحوی ساختار دستوری را بررسی می‌کند و از تولید کدهایی با دستور نادرست جلوگیری می‌کند. بهینه‌سازی کد نیز به کاهش مصرف منابع سخت‌افزاری و افزایش سرعت اجرای برنامه کمک می‌کند. کامپایلر جلوتر از زمان (Ahead-of-Time Compiler یا AOT) نوعی کامپایلر است که کد منبع را پیش از اجرای برنامه به کد ماشین تبدیل می‌کند. این روش برخلاف کامپایلرهای درجا (Just-in-Time یا JIT) عمل می‌کند که کد را در زمان اجرا کامپایل می‌کنند. AOT معمولاً در زبان‌هایی استفاده می‌شود که نیاز به اجرای سریع و قابل پیش‌بینی دارند، مانند برنامه‌های موبایل یا سیستم‌های نهفته.

کامپایلر کل برنامه را اسکن می کند و آن را به کد ماشین ترجمه می کند در حالی که یک مترجم برنامه را به شکل یک دستور ترجمه می کند. لازم به ذکر است برنامه های مترجم شده معمولاً نسبت به برنامه های کامپایل شده کندتر هستند. کامپایلر موازی‌سازی برنامه ورودی را به فرمی یا شکلی مناسب برای پیاده‌سازی خوب در معماری‌های موازی تبدیل می‌کند. هدف از موازی‌سازی خودکار رهایی برنامه نویسان از موازی‌سازی دستی پیچیده و مستعد خطا است. کامپایلرهای «Rice Fortran D compiler» و «Polaris compiler» نمونه‌هایی از کامپایلرهای موازی‌سازی هستند.

پس از انجام بهینه‌سازی، توکن‌های مناسب و اصلاح‌ شده وارد کد شی می‌شوند تا کد شی نهایی تولید و در یک فایل ذخیره شود. در بخش بعدی مقاله «کامپایلر چیست و چکار می کند» به ارائه توضیح بیشتری پیرامون مفهوم کامپایلر همراه با مثال برای درک بهتر آن پرداخته شده است. به زبان ساده، برنامه نویسی به فرایند ارتباط با سیستم های کامپیوتری گفته می شود که برنامه نویس توسط زبان های برنامه نویسی متنوع با آن برای خلق نرم افزار ارتباط برقرار میکند. کامپوننت‌ها به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهند که کدهای خود را به بخش‌های کوچکتر و خواناتر تقسیم کنند. این کار باعث می‌شود تا کدها برای سایر توسعه‌دهندگان نیز قابل فهم و درک باشند، که این موضوع به نگهداری و توسعه بهتر نرم‌افزار کمک می‌کند. استفاده از برنامه نویسی کامپوننت محور به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد تا به راحتی بخش‌های مختلف نرم‌افزار را توسعه دهند و مقیاس‌پذیر کنند.

سپس کد برای آن کامپیوتر خاص تولید می‌شود.استفاده از جلوبندی و عقب بندی این را ممکن می‌کند که جلوبندی‌های مختلفی برای زبان‌های مختلف وجود داشته باشد و عقب بندی‌های مختلفی نیز برای CPUهای مختلف. در اواسط دهه ۱۹۵۰ کامپایلرها به عنوان برنامه‌هایی دشوار شناخته شده بودند. اولین کامپایلر فرترن، به عنوان مثال ۱۸ سال زمان برای طراحی صرف کرد. از آن زمان روش‌های سیستماتیک برای استفاده از بسیاری اعمال مهم حین عمل کامپایل ابداع شده است. همچنین زبان‌های پیاده‌سازی خوب، محیط‌های برنامه‌نویسی و ابزارهای نرم‌افزاری مناسب ایجاد شده‌اند.

با کمک این پیشرفت‌ها یک کامپایلر را می‌توان حتی به عنوان پروژه درسی در یک ترم تحصیلی دانشجویی طراحی کرد. به گونه ای که کامپایلر همانند یک مترجم حرفه ای زبان برنامه نویسی مبدأ را به زبان ماشین تبدیل کرده وسپس این برنامه را روی کامپیوتر اجرا می کند. در زمان اجرا شدن (یا همان Run شدن برنامه)، کامپایلر ابتدا همه کدها و دستوراتی که نوشته اید را آنالیز و بررسی میکند که از لحاظ سینتکس مشکلی نداشته باشد. اگر بعد از بررسی هیچ مشکلی وجود نداشته باشد، کدهای خروجی توسط کامپایلر ساخته میشود. معمولا به این کدی که در نهایت تولید میشود، Object Code یا گاهی اوقات Object Module میگوییم.

در همین دوره، مدل‌هایی در برنامه‌نویسی به وجود آمدند که برنامه‌نویسی تابعی، منطقی و توزیعی نمونه‌های از این مدل‌ها هستند، خواسته‌های زمان اجرای این زبان‌ها نسبت به زبان‌های دستور، افزایش یافت. به برنامه‌ای که زبان برنامه‌نویسی سطح پایین را به بالاتر تبدیل می‌کند مترجم‌وارون گفته می‌شود. کامپایلرهای باینری کد شی از یک پلتفرم را به کد شی از پلتفرمی دیگر تبدیل می‌کنند. پس از بررسی انواع کامپایلرها در این بخش، اکنون در بخش بعدی مقاله «کامپایلر چیست و چکار می کند» توضیح مختصری از مراحل سیستم‌های پردازش زبان ارائه می‌شود. کامپایلرهای سنتی منبع کدهای اصلی برنامه زبان‌های سطح بالا را به کدهای متناظر محلی همان برنامه در ماشین یا برنامه شی تبدیل می‌کنند.

این کامپایلر بایت‌کدهای متد را به کدهای محلی ماشین به صورت درجا کامپایل می‌کند. در کامپایلر درجا، زمانی که متدی کامپایل می‌شود، ماشین مجازی جاوا (Java Virtual Machine | JVM) کدهای کامپایل شده متد را به طور مستقیم به جای استفاده از مفسر، فراخوانی می‌کند. به طور رسمی، خروجی کامپایل شده، کد شی یا گاهی اوقات ماژول شی نامیده می‌شود. کد شی یک کد ماشینی است که پردازنده می‌تواند هر دستورش را هر بار انجام دهد. کامپایلرها به این دلیل به کد شی برای اجرا نیاز دارند که پردازنده‌ها به روش سنتی عمل می‌کنند.

IDE همیشه در محیط‌های Mac OS و MacOS کلاسیک اپل محبوب بوده و قدمت آن به کارگاه برنامه نویسان Macintosh , Turbo Pascal , THINK Pascal و THINK C در اواسط دهه ۱۹۸۰ بازمی‌گردد. در حال حاضر برنامه نویسان macOS می‌توانند بین IDEهای بومی مانند Xcode و ابزارهای منبع بازمانند Eclipse و Netbeans را انتخاب کنند. ActiveState Komodo یک IDE اختصاصی چند زبانه است که در macOS پشتیبانی می‌شود. ایشان علاقه زیادی به تکنولوژی  دارد و بیش از سه سال است که درحال یادگیری برنامه‌نویسی است و در حال حاضر چند تا بازی ساخته و در مایکت و بازار به فروش می‌رود. وی از ابتدای سال 1403 شروع به تدریس کرده و ضبط دوره‌های آموزشی کرده است.مهارت ایشان در سی شارپ و یونیتی و فلاتر و وردپرس است.

کدهای تفسیر شده دستورالعمل ها را در یک برنامه بدون زبان ماشین اجرا می کند. کد تفسیر شده به طور مستقیم کد منبع را تجزیه می کند، با یک ماشین مجازی جفت می شود که کد را برای ماشین در زمان اجرا ترجمه می کند، یا از کدهای از پیش compile شده بهره می برد. کامپایلر متقابل (Cross Compiler) کدی تولید می‌کند که برای اجرا روی سیستمی متفاوت از سیستمی که کامپایلر روی آن اجرا می‌شود مناسب است. به عنوان مثال، در سیستم‌های تعبیه‌شده (Embedded Systems) که شامل دستگاه‌هایی مانند میکروکنترلرها و بردهای الکترونیکی خاص می‌باشند، از کامپایلر متقابل استفاده می‌شود. برای نمونه، می‌توان به توسعه نرم‌افزار برای برد آردوینو اشاره کرد؛ در این مورد، کامپایلر روی یک کامپیوتر ویندوز یا لینوکس اجرا می‌شود اما کد تولیدی برای اجرا روی میکروکنترلر AVR در آردوینو مناسب است. این نوع کامپایلرها در توسعه نرم‌افزارهای سیستم‌های تعبیه‌شده (Embedded Systems) و سیستم‌های خاص بسیار کاربرد دارند.

Dev C++ ابزار Dev یک ادیتور رایگان با ظاهری قدیمی است که فقط از دوکامپایلر MinGw و GCC پشتیبانی میکند . خروجی که از این مجموعه خارج می‌شود را کد شی یا بعضی اوقات ماژول شی (object-oriented) می‌نامند. (توجه داشته باشید که اصطلاح “شی” در اینجا مربوط به برنامه‌نویسی شی‌گرا نیست.) کد شی کد ماشین است که پردازنده توانایی این را دارد که همزمان چند دستورالعمل را با یکدیگر اجرا کند. در این بخش دو دسته از کامپایلرهای مهم در برنامه نویسی را توضیح می دهیم. بخشی از Compiler، که متن زبان منبع را تحلیل می‌کند، پردازشگر جلویی و بخشی از Compiler، که زبان مقصد را ترکیب می‌کند پردازشگر نهایی نام دارد.

یادگیری برنامه‌نویسی در کنار مشغله‌های روزمره نیازمند برنامه‌ریزی هوشمندانه و بهره‌وری بالا از زمان است. در این بخش، راهکارهایی عملی و کاربردی ارائه می‌دهیم که به شما کمک می‌کند زمان خود را مدیریت کنید و با تمرکز بیشتری یادگیری را ادامه دهید. کامپوننت در برنامه نویسی باید به گونه‌ای طراحی شوند که بتوانند در شرایط و پروژه‌های مختلف استفاده شوند. از پارامترها و تنظیمات قابل پیکربندی استفاده کنید تا کامپوننت‌ها به راحتی در موقعیت‌های مختلف کاربردی باشند. با استفاده از کامپوننت در برنامه نویسی، تیم‌های توسعه می‌توانند به راحتی وظایف را بین اعضای تیم تقسیم کنند و هر توسعه‌دهنده بر روی کامپوننت‌های خاصی تمرکز کند.

یک JVM همچنین امکان کامپایل مجدد بایت کد توسط یک compiler به موقع را فراهم می کند. نوع اشیاء را بررسی می کند و در صورت تخلف یک خطای نوع را گزارش می دهد و انواع نادرست تصحیح می شود. از هر compiler (کامپایلر) که استفاده می کنیم، در حالی که برنامه را کامپایل می‌کند، باید از قوانین نوع زبان پیروی کند. می دانیم که اطلاعات مربوط به انواع داده ها توسط کامپایلر نگهداری و محاسبه می شود. یک compiler باید بررسی کند که برنامه منبع باید از قراردادهای نحوی و معنایی زبان مبدأ پیروی کند و همچنین باید قوانین نوع زبان را بررسی کند.