为什么实际上解释器比编译器慢？

Question

难道它们都必须在某个时刻转换为机器代码才能执行，还是我错过了一些更基本的东西？

编辑：

请考虑更复杂的解释方案，例如将代码转换为字节代码并且仅在源代码更改时重新生成字节代码的情况，例如Python的CPython实现？ 我对逐行重新执行的古代解释器不太感兴趣......

谢谢！

Answer 1

像 C 这样的编译语言通常直接编译成机器代码。当你运行代码时，它是由CPU直接执行的。

像 BASIC 或 PHP 这样的完全解释语言通常在每次运行时都会被解释。当您执行代码时，CPU 会执行解释器，解释器会读取并执行您的源代码。 （PHP 可以归类为完全解释型，因为虽然它确实使用操作码，但它们通常在执行后被丢弃。）

像 Python 这样的字节码解释语言，是从源代码编译为字节码 由虚拟机执行。 CPU运行VM，VM执行每条字节码指令。在Python中，字节码是在第一次执行代码时编译的。

在 Java 中，字节码在执行之前进行编译。 Java VM 还有一个特殊功能，称为即时编译。这意味着在执行过程中，它可能会将一些字节码编译为机器代码，然后将其发送到CPU直接执行。

总之，对于编译语言，CPU 直接运行代码。在解释型语言中，CPU 通常运行解释器或虚拟机。由于运行虚拟机或解释器的开销，这使得解释语言通常比编译语言慢。

注意：当我们谈论解释型和编译型语言时，我们真正讨论的是语言的通常执行风格。 PHP 可以被编译（使用 HipHop），C 可以被解释（使用 Parrot VM）。

Answer 2

好吧，这里有很多不正确的帖子，是时候做一个长答案了。

编译器基本上是清晰的 - 它将程序从源语言翻译为目标语言。两种语言都可以是任何语言——高级语言、虚拟机字节码、机器代码。

另一方面，解释器不执行翻译，而是直接执行由源语言构造规定的操作，即解释它。

让我们考虑一下基于堆栈的机器中的假设 add 指令，该指令将堆栈的两个顶部元素相加并将结果推回。解释器将直接执行“添加两个顶部元素并将结果推回”，其方式类似于：

switch (op)
{

 ....

  case OP_ADD:  
    op1 = pop (stack);
    op2 = pop (stack);
    res = op1 + op2;
    push (stack, res);
    break;

...
}

如您所见，对于单个 add insn，执行了许多操作：读取和写入内存、递增和递减堆栈指针、添加操作本身、开关的开销（如果解释器是这样实现的）、读取每个后续​​ insn 并决定的循环的开销如何处理等等。

如果解释器在 AST 上工作，它可能看起来像：

swicth (op)
{
   ...
   case OP_ADD:
     op1 = tree->eval (left);
     op2 = tree->eval (right);
     return op1 + op2;
   ...
}

再次，有很多很多 insn 来执行 add 语义所需的任何操作。

Answer 3

在运行程序之前，编译器会将程序翻译为机器代码。它在编译时解析所有变量、类型。

解释器通常在每次执行语句时将每个语句翻译成机器代码。

Answer 4

编译和解释之间的界限是模糊的。一般来说，某些形式的解释比直接编译的代码运行得慢。在具体情况下不一定是这样。

例如，一些解释器直接执行虚拟机指令（有时翻译成直接或间接线程代码），由于明显的原因，这比本机代码慢。

由于VM的语义（例如，它们中的大多数是基于堆栈的）和本机代码的语义之间存在阻抗不匹配，因此从一种到另一种的任何临时翻译都将不是最佳的。为了执行重量级优化，您需要一个虚拟机（或任何其他形式的中间表示），其中包含一定量的目标平台特定语义。 LLVM 是这种表示的一个很好的例子。

其他一些解释器甚至在抽象语法树级别上评估代码。有些正在执行字符串替换（一个臭名昭著的例子是 Tcl）。

所有这些技术都很容易实现，它们为语言语义提供了一些有趣的动态属性，但所有这些都是以执行速度变慢为代价的。

另一件值得一提的重要事情是超级编译。通过针对要执行的代码的特定实例专门化解释器实现，该技术实际上将任何解释器转变为编译器。这种方法的存在使得编译和解释之间的区别更加模糊。

Answer 5

根据维基百科：

解释代码比运行编译代码慢，因为解释器必须在每次执行程序时分析程序中的每条语句，然后执行所需的操作，而编译代码只是在编译确定的固定上下文中执行操作。这种运行时分析称为“解释开销”。在解释器中访问变量的速度也较慢，因为标识符到存储位置的映射必须在运行时而不是在编译时重复完成。

Answer 6

编译器执行一次（需要一些时间），然后代码运行得很快。
由于这可能需要相当长的时间，因此优化代码也可能花费相当多的时间。

当您想要运行代码时解释器会执行此操作，因此每次运行它时它都会进行编译。

Answer 7

解释器逐行执行，并在运行时将每一行转换为机器指令。而编译器在编译时将整个程序从源语言转换为目标语言（很可能是目标处理器的机器指令）。