Dieser Artikel beschäftigt sich mit dem allgemeinen Begriff Interpreter in der Softwaretechnik. Weitere Bedeutungen unter
Interpreter (Begriffsklärung).
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AlsInterpreter wird einComputerprogramm bezeichnet, das eine Abfolge von Anweisungen anscheinend direkt ausführt,[1] wobei das Format der Anweisungen vorgegeben ist. Der Interpreter liest dazu eine oder mehrereQuelldateien ein, analysiert diese und führt sie anschließend Anweisung für Anweisung aus, indem er den dafür vorgesehenen Programmcode (eventuell über Zwischenschritte schließlich alsMaschinencode für das jeweilige Computersystem) direkt ausführt. Interpreter sind deutlich langsamer alsCompiler, bieten im Allgemeinen jedoch eine bessere Fehleranalyse.[1]
Interpreter werden sowohl beiProgrammiersprachen als auchKommandozeileninterpretern verwendet.
Bei der Programmierung ist ein Interpreter fast immer ein Bestandteil derSoftwareentwicklung.
In ihrer Reinform übersetzen Compiler – im Unterschied zu Interpretern – die Anweisungen aus den Quelldateien in einem oder mehreren Durchläufen in Maschinencode für ein vorher festgelegtes Zielsystem und erstellen so einausführbaresComputerprogramm. Jedoch gibt es bereits hier die Unterscheidung zwischen Compiler-Compiler und Interpreter-Compiler, genauso wie es auch Interpreter-Interpreter und Compiler-Interpreter gibt.[2]
“Any good software engineer will tell you that a compiler and an interpreter are interchangeable.”
„Jeder gute Software-Entwickler wird Ihnen sagen, dass Compiler und Interpreter austauschbar sind.“
Ist die letzte Stufe ein Interpreter, so erfolgt die Übersetzung der Quelldatei zurLaufzeit des Programms.[4][5]
Programmiersprachen, die Quelltext nicht kompilieren, sondern eine Eingabe oder eine Quelldatei stets interpretieren, werden auch als „Interpretersprache“ oderSkriptsprache bezeichnet. Klassische Interpretersprachen sind z. B.Tcl,JavaScript oder einigeBASIC-Varianten.
Bei einigen Programmiersprachen kann zwischen Interpreter und Compiler gewählt werden. So befand sich imROM der meisten8-Bit-Computer wie demC64 für eine flüssige Programmentwicklung ohne Kompilierphasen ein BASIC-Interpreter; zur Beschleunigung fertig entwickelter Programme konnte ein kompatibler Compiler (z. B.BASIC BOSS) extern geladen werden. Auch die meisten Versionen vonMS-DOS enthielten einen BASIC-Interpreter (z. B.GW-BASIC), zu dem ein kompatibler Compiler (hierBASCOM) erworben werden konnte.
Bei einigen Programmiersprachen wird auch einBytecode alsZwischencode erzeugt, der bereits optimiert ist, jedoch zur Ausführung abermals einen Interpreter auf dem Zielsystem benötigt.
Skripte fürKommandozeileninterpreter, etwaStapelverarbeitungsdateien oderUnix-Shell-Skripte, werden ebenfalls von einem Interpreter ausgeführt. Damit das Skript nicht als Kommandozeilen-Parameter angegeben werden muss, gibt es aufUnix-artigen Systemen und Shells das sogenannteShebang – das Skript ruft sich damit den passenden Interpreter – mithilfe der Shell – sozusagen selbst auf.
Bei Computerprogrammen spricht man ebenfalls von Interpretern, sobald der Code nicht direkt vom Computersystem ausgeführt werden kann oder soll. Dies ist u. a. beiEmulatoren ebenfalls der Fall, die Maschinencode für andere Computersysteme analysieren, umschreiben und für das Computersystem, auf dem sie gerade laufen, interpretiert ausführen.Virtuelle Maschinen zählen jedoch nicht dazu, da diese große Teile des Maschinencodes des Gastsystems auf dem Hostsystem uninterpretiert direkt ausführen. AuchGame-Engines können Interpreter sein, wenn sie die eigentlichen Spieledaten, meist alsBytecode, auf der jeweiligenPlattform interpretiert ausführen.
Interpreter liegen zumeist inMaschinensprache des Zielprozessors vor, können aber auch selbst wieder in einer Interpretersprache vorliegen. Der größte Nachteil ist dabei die gegenüber einem Compiler geringere Ausführungsgeschwindigkeit. Diese ist der Tatsache geschuldet, dass der Compiler sich während des Kompilierungsprozesses die Zeit nehmen kann, den Code zu optimieren, der somit auf dem jeweiligen Zielsystem schneller ausgeführt wird. Derlei Optimierungen sind jedoch zeitaufwendig, sodass ein Interpreter meist eine direkte Umsetzung auf Maschinencode durchführt, was jedoch in Summe wieder langsamer ist als der optimierte Code durch den Compiler.[6]
Interpretierter Code ist in etwa fünf bis 20 Mal langsamer als kompilierter Code.[7]
Zu den Vorteilen von interpretiertem Code zählt, neben der besseren Fehleranalyse, die Unabhängigkeit von einer vorher festgelegtenRechnerarchitektur – denn interpretierter Code läuft auf jedem System, auf dem es einen Interpreter dafür gibt.
Eine Kompromisslösung ist einJust-in-time-Compiler (JIT-Compiler), bei dem das Programm erst zurLaufzeit, jedoch direkt in Maschinencode übersetzt wird. Danach wird der übersetzte Code direkt vom Prozessor ausgeführt. Durch Zwischenspeicherung des Maschinencodes müssen mehrfach durchlaufene Programmteile nur einmal übersetzt werden. Auch ermöglicht der JIT-Compiler eine stärkere Optimierung des Binärcodes. JIT-Compiler sind allerdings nur auf einer bestimmten Rechnerarchitektur lauffähig, weil sie Maschinencode für diese Architektur erzeugen, und benötigen weit mehrArbeitsspeicher als reine Interpreter.[7]
Eine weitere Zwischenstufe sindBytecode-Interpreter. Dabei wird der Quelltext (vorab oder zur Laufzeit) in einen einfachen Zwischencode übersetzt, der dann von einem Interpreter – auch häufig als virtuelle Maschine bezeichnet – ausgeführt wird. Dies ist z. B. beiJava durch dieJava Virtual Machine (JVM) der Fall. Es entspricht dem Konzept Compiler-Interpreter, da der Zwischencode bereits in Teilen optimiert kompiliert wurde (Quelltext → Compiler → Zwischencode als Bytecode → Interpreter → Ausführung auf dem Zielsystem).
Besonders in den 1980er Jahren benutzte man die Zwischenstufe, Befehle zum Eingabezeitpunkt in leichter dekodierbareTokens umzuwandeln, die bei der (List-)Ausgabe wieder in Klartext umgewandelt wurden. Neben der Geschwindigkeitssteigerung war dieKompression des Quelltextes ein gewichtiges Argument. Prinzipiell war es damit auch möglich, jeweils muttersprachlicheSchlüsselwörter zu verwenden, wenn man den Datenaustausch auf Basis des tokenisierten Quellprogramms durchführte.
Da JIT-Code nicht automatisch schneller ist als interpretierter Code, verwenden mancheLaufzeitumgebungen eine Mischform. Ein Beispiel dafür ist die JVM. Dabei wird der JIT-Compiler parallel mit dem Interpreter verwendet, wobei der jeweils schnellere Ausführungspfad „gewinnt“.[8]
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Als Interpretersprachen werden häufigProgrammiersprachen bezeichnet, deren Haupt- oder Erstimplementierung ein Interpreter ist, als Gegenteil zu einer Programmiersprache, die einenCompiler verwendet (Compilersprache).[9] Grundsätzlich ist eine Programmiersprache nicht an eine Art der Implementierung gebunden und es existieren Mischformen aus den beiden Ansätzen.
Es gibt jedoch auch Programmiersprachen, die unter Gesichtspunkten der späterenImplementierung gestaltet wurden; dies ist bei manchen älteren Sprachen noch gut zu erkennen. So mussten Interpreter aufgrund der geringen Leistungsfähigkeit der frühen Computer möglichst einfach und klein gehalten werden, um nicht zu viel Rechenzeit und Arbeitsspeicher zu verbrauchen. Compiler hingegen konnten viel Rechenzeit und auch viel Arbeitsspeicher verbrauchen, denn wenn das Programm lief, waren sie nicht mehr aktiv.Deshalb wurden Sprachen, die interpretiert werden sollten, so gestaltet, dass sie einfach analysiert und ausgeführt werden können, wohingegen Sprachen, die kompiliert werden sollten, auch aufwändig zu analysierende und bearbeitende Konstrukte enthalten konnten. Heute spielt dies beim Entwurf einer Programmiersprache nur noch in den allerseltensten Fällen eine Rolle.
Für einige Sprachen existieren verschiedenartige Implementierungen. Hierbei sticht die SpracheScheme hervor, für die eine unüberschaubare Vielzahl an Implementierungen existiert, die auf vielen verschiedenen Konzepten basieren. Hierzu noch ein Beispiel: Die ProgrammierspracheC ist sehr stark darauf ausgelegt, kompiliert zu werden. Doch es existieren trotzdem Interpreter wie der CINT und der Ch für diese Sprache und das, obwohl C oft als ein Paradebeispiel für eine Sprache genannt wird, die keine „Interpretersprache“, sondern eine „Compilersprache“ ist.
Als Interpretersprachen bekannt sindAPL,BASIC,Forth,Perl,Python,Ruby,PHP und viele andere.[5] Als eine Unter- oder verwandte Kategorie der Interpretersprachen werden manchmal dieSkriptsprachen genannt.
Bekannte Programmiersprachen, die üblicherweise in Bytecode übersetzt werden, sindJava,C#, Perl und Python.
Für manche Sprachen (etwaSmalltalk) gibt es je nach Anbieter Interpreter, Bytecode-Interpreter, JIT-Compiler oder Compiler in andere Sprachen (beispielsweise nach C oder für.NET-Plattformen).
Der Übergang zwischen reinen Interpretern und reinen Compilern ist fließend.
- ↑abAlfred V. Aho, Monica S. Lam, Ravi Sethi, Jeffrey D. Ullman:Compiler: Prinzipien, Techniken und Werkzeuge. Pearson Deutschland, 2008,ISBN 978-3-8273-7097-6,S. 1253 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑Julius T. Tou:Software Engineering. Proceedings of the Third Symposium on Computer and Information Sciences held in Miami Beach, Florida, December, 1969. Academic Press, New York / London 1970,ISBN 0-323-15744-0,S. 288 (englisch,eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑Torben Ægidius Mogensen:Introduction to Compiler Design. Springer Science & Business Media, London 2011,ISBN 978-0-85729-828-7 (englisch,eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑Was ist ein Interpreter? In: XOVI. Abgerufen am 29. Mai 2019.
- ↑abMichael Bürger: Interpretersprachen. In: bib.de. Archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 10. September 2017; abgerufen am 29. Mai 2019.
- ↑https://bmu-verlag.de/uberblick-uber-verschiedene-programmiersprachen/ BMU-Verlag: Überblick über Programmiersprachen (Compiler und Interpreter)
- ↑abDavid A. Watt:Compiler Construction. 9th International Conference, CC 2000. In:Lecture Notes in Computer Science. Vol. 1781. Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg / New York 2000,ISBN 3-540-67263-X,S. 300 (englisch,eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑R. Nageswara Rao:Core Java: An Integrated Approach. Covers Concepts, Programs and Interview Questions. Dreamtech Press, New Delhi 2008,ISBN 978-81-7722-836-6,S. 664 (englisch,eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑Christian Wagenknecht, Michael Hielscher:Formale Sprachen, abstrakte Automaten und Compiler. Lehr- und Arbeitsbuch für Grundstudium und Fortbildung. Springer-Verlag, 2009,ISBN 978-3-8348-0624-6 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
