Interpreter (Computer)

Ein Interpreter (im Sinne der Softwaretechnik) ist ein Computerprogramm, das einen Programm-Quellcode im Gegensatz zu Assemblern oder Compilern nicht in eine auf dem System direkt ausführbare Datei umwandelt, sondern den Quellcode einliest, analysiert und ausführt. Die Analyse des Quellcodes erfolgt also zur Laufzeit des Programms.

Der größte Nachteil der Interpretersprachen ist die im Vergleich zu compilierten Programmen deutlich langsamere Ausführungsgeschwindigkeit. Reine Interpreter lesen und analysieren den Quellcode eines Programmes und führen dann die entsprechenden Aktionen aus. Dies ist im Vergleich zu Compilersprachen, bei denen das Programm vor seiner Ausführung in Maschinencode übersetzt wird, der dann vom Prozessor direkt ausgeführt wird, sehr zeitaufwändig. Der Vorteil liegt darin, dass reine Interpreter auf jeder Rechnerarchitektur lauffähig sind, wenn der Quellcode des Interpreters (der selbst häufig in C geschrieben ist) dort übersetzt werden kann.

Geschwindigkeitssteigerungen

Eine Kompromisslösung ist ein Just-in-time-Compiler (JIT-Compiler), bei dem das Programm erst zur Laufzeit, jedoch direkt in Maschinencode übersetzt wird. Danach wird der übersetzte Code direkt vom Prozessor ausgeführt. Durch Zwischenspeicherung des Maschinencode müssen mehrfach durchlaufene Programmteile nur einmal übersetzt werden. Auch ermöglicht der JIT-Compiler eine stärkere Optimierung des Binärcodes. Allerdings sind solche Interpreter natürlich nur auf einer bestimmten Rechnerarchitektur lauffähig, weil sie Maschinencode für diese Architektur erzeugen.

Eine weitere Zwischenstufe sind Bytecode-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.

Und eine weitere Zwischenstufe besteht darin, Befehle zum Eingabezeitpunkt in leichter decodierbare Tokens umzuwandeln, die aber bei (List-)Ausgabe wieder in Klartext zurückgewandelt werden.

Interpretersprachen

Bekannte Interpretersprachen sind BASIC, Perl, Python, Ruby, PHP und viele andere. Auch die Skriptsprachen (wie z. B. Javascript) können zu den Interpretersprachen gezählt werden.

Bekannte Programmiersprachen, die üblicherweise in Bytecode übersetzt werden, sind Java, C#, Perl und Python.

Für manche Sprachen (etwa Smalltalk) gibt es je nach Anbieter Interpreter, Bytecode-Interpreter, JIT-Compiler oder Compiler in andere Sprachen (beispielsweise nach C oder .NET).

Der Übergang zwischen reinen Interpretern und reinen Compilern ist fließend.

Ein einfacher Interpreter

Folgendes in der Programmiersprache C implementierte Programm stellt einen Interpreter für eine sehr einfache Programmiersprache dar. Die hiermit definierte Programmiersprache unterstützt keinerlei Kontrollstrukturen, speichert allerdings verschiedene Werte unter den vom Programmierer definierten Variablennamen.

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
 
typedef struct
{
	char* varname;
	char* value;
} var;
 
var*	variables;
int		var_cnt		= 0;
 
int putvar( char* varname, char* value )
{
	int		i;
 
	strupr( varname );
 
	/* Suche Speicherplätze und fülle mit neuen Wert,
	 falls schon vorhanden */
	for( i = 0; i < var_cnt; i++ )
	{
		if( strcmp( variables[i].varname, varname ) == 0 )
		{
			if( variables[i].value != (char*) NULL )
				free( variables[i].value );
 
			variables[i].value = strdup( value );
			return 0;
		}
 
	}
 
	/* Neue Variable anlegen */
	if( var_cnt == 0 )
		variables = (var*)malloc( sizeof( var ) );
	else
		variables = (var*)realloc( (var*) variables,
			(var_cnt + 1) * sizeof( var ) );
 
	variables[ var_cnt ].varname = strdup( varname );
	variables[ var_cnt ].value = strdup( value );
	var_cnt++;
}
 
char* getvar( char* varname )
{
	int		i;
 
	strupr( varname );
 
	/* Suche Speicherplätze und gebe Wert zurück */
	for( i = 0; i < var_cnt; i++ )
	{
		if( strcmp( variables[i].varname, varname ) == 0 )
		{
			return variables[i].value;
		}	
	}
 
	return "";
}
 
 
char* getnexttoken( char** line )
{
	char*	start;
 
	while( **line == '\t' || **line == ' ' )
		(*line)++;
 
	start = *line;
 
	do
	{
		(*line)++;
	}
	while( **line != ' ' && **line != '\n' );
 
	**line = '\0';
	(*line)++;
 
	return start;
}
 
char* getargument( char* line )
{
	char*		arg;
	static char	str		[ 80 + 1 ];
 
	arg = getnexttoken( &line );
	strupr( arg );
 
	/* Argument ermitteln und verarbeiten */
	if( strcmp( arg, "INPUT" ) == 0 )
	{
		gets( str );
		return str;
	}
	else if( strcmp( arg, "VALUE" ) == 0 )
		return getvar( getnexttoken( &line ) );
	else if( strcmp( arg, "TEXT" ) == 0 )
		return line;
	else
		return "";	
}
 
int execute( char* line )
{
	char*	statement;
	char*	var;
	char	value		[ 80 + 1 ];
	int		calcvalue	= 0;
 
	statement = getnexttoken( &line );
	strupr( statement );
 
	/* Anweisungen verarbeiten */
	if( strcmp( statement, "PRINT" ) == 0 )
		printf("%s", getargument( line ) );
	else if( strcmp( statement, "STORE" ) == 0 )
	{
		var = getnexttoken( &line );
		putvar( var , getargument( line ) );
	}
	else if( strcmp( statement, "CLS" ) == 0 )
		system("cls");
	else if( strcmp( statement, "NEWLINE" ) == 0 )
		printf("\n");
	else if( strcmp( statement, "ADD" ) == 0 || strcmp( statement, "SUBSTRACT") == 0 ||
		strcmp( statement, "DIVIDE") == 0 || strcmp( statement, "MULTIPLY") == 0 )
	{
		var = getnexttoken( &line );
 
		if( strcmp( statement, "ADD" ) == 0 )
			calcvalue = atoi( getvar( var ) ) + atoi( getargument( line ) );
		else if( strcmp( statement, "SUBSTRACT" ) == 0 )
			calcvalue = atoi( getvar( var ) ) - atoi( getargument( line ) );
		else if( strcmp( statement, "DIVIDE" ) == 0 )
			calcvalue = atoi( getvar( var ) ) / atoi( getargument( line ) );
		else
			calcvalue = atoi( getvar( var ) ) * atoi( getargument( line ) );
 
		sprintf(value, "%d", calcvalue );
		putvar( var, value );		
	}
	else
	{
		return -1;
	}
 
	return 0;
}
 
int main( int argc, char** argv )
{
	FILE*	source		= (FILE*)NULL;
	char	line		[ 1024 + 1 ];
 
	if( argc < 2 )
	{
		printf("Verwendung:\t\tLITERAL <dateiname>\n");
		return -1;
	}
 
	source = fopen( argv[1], "rt" );
	if( source != (FILE*) NULL )
	{
		while( fgets( line, 1024, source ) != (char*)NULL )
		{
			line[ strlen( line ) - 1 ] = '\0';
			if( execute( line ) < 0 )
				break;
		}
 
		fclose( source );
	}
	else
	{
		printf("Fehler: Datei nicht gefunden.");
		return -1;
	}
 
	return 0;
}

Ein Taschenrechnerprogramm, das Werte multipliziert, ließe sich für diesen Interpreter so definieren:

cls
print text Geben Sie bitte einen Wert ein: 
store wert1 input
print text Geben Sie bitte einen weiteren Wert ein: 
store wert2 input
multiply wert1 value wert2
print text Das Ergebnis der Berechnung lautet: 
print value wert1
newline

Dieses Programm würde bei der Ausführung mit obigem Interpreter zu folgender Ausgabe führen:

Geben Sie bitte einen Wert ein: 5
Geben Sie bitte einen weiteren Wert ein: 4
Das Ergebnis der Berechnung lautet: 20

Siehe auch

• Kompilierung
• Kommandozeileninterpreter

Weblinks

• Zwei Interpreter-Beispiele (Setty eine Mengensprache; Tinyray ein Raytracer)