编译型语言与解释型语言详解_Java什么是编译与解释共存的语言

编译型语言

简述：

"一次编译，无限运行"

编译型语言在运行前，需要通过编译器将整体源码翻译为机器码（二进制指令码），进而生成可执行文件。可执行文件的运行无需源码与编译器，也就是说编译型语言可以脱离开发环境运行

跨平台性：编译型语言的跨平台性差

1.操作系统API层面（Application Programming Interface 应用程序接口）

API本身是抽象的，仅定义接口，程序通过接口调用程序，调用者无须考虑被调用者的底层实现

不同的系统提供的API实现不同，无法通过编译（若源码调用了Linux系统的API，那必然在Windows系统下无法编译通过）

2.操作系统ABI层面（Application Binary Interface 应用程序二进制接口）

ABI包括：

• 数据类型的大小、布局与对齐；
• 调用约定（如何传递函数的参数与如何接收函数返回值）：函数参数都通过栈传递或部分函数参数通过寄存器传递、函数参数对应的寄存器等
• 系统调用编码（system call numbers）：系统调用在实现上通常以软中断（software interrupt）的方式进行，Linux使用0x80号中断作为系统调用接口，Windows使用0x2E号中断作作为系统调用接口）；
• 程序如何向操作系统进行系统调用：直接调用或通过procedure calls间接调用；
• 可执行文件的二进制格式（Linux为ELF，Windows为PE）
• 二进制程序库；
• ......

不同系统下编译生成的机器码不同（受调用约定等因素的影响），无法得到正确的结果

不同系统下编译生成的生成的可执行文件格式不同（受可执行文件的二进制格式影响），无法运行可执行文件

综上所述，编译型语言的跨平台性主要体现在：

• 不同操作系统的API实现不同，无法编译通过
• 不同操作系统下编译生成的机器码不同，无法得到正确的结果
• 不同操作系统下编译生成的可执行文件格式不同，无法运行可执行文件

附：Windows系统与类Unix系统的数据类型占用字节数表：

操作系统（64位）	short	int	long	float	double
Windows	2	4	4	4	8
类Unix（Unix、Linux、MacOS等）	2	4	8	4	8

注：Windows平台中，C语言的long类型为4字节，Java的long类型为8字节 

解释型语言

简述：

"一次编写，到处运行"

解释型语言可直接运行源码，在运行源码时，解释器逐行将源码翻译为机器码，但不生成可执行文件，也就是说再次运行源码时需要再次进行解释，所以解释型语言无法脱离开发环境运行，而且运行效率低于编译型语言，甚至存在数量级的差距

跨平台性：解释型语言的跨平台性好

需要注意的是，源码跨平台，但解释器不跨平台

上文中提到，可执行文件无法跨平台，而解释器就是一个将源码翻译为机器码的可执行文件，所以针对不同的平台有不同的解释器，以此屏蔽不同平台间的差异；换句话说，只要平台安装了对应的解释器，就可以直接运行源码，不同的平台上运行同一段源码，得到的结果是相同的

Java属于编译与解释并存的语言

Java的运行过程：Java源码文件（.java）经 javac编译器 编译生成字节码文件(.class)，字节码文件交由JVM处理

JVM的处理方式为：

1.运行时，JVM将字节码逐行转交给解释器，解释器将字节码翻译为机器码

2.运行时，部分字节码可能由JIT（Just In Time Compiler 实时编译器）编译器编译为机器码并存入缓存，再次运行时可直接调用，无需解释（存在纯JIT编译、无解释器的JVM，例如：JRockit、Maxine VM）；通常而言，被JIT编译的字节码属于"热点代码"，例如循环体代码，毕竟对"热点代码"进行编译并缓存可以达到事半功倍的效果

HotSpot VM内的JIT编译器分为 Client Compiler 与 Server Complier ，简称为C1编译器与C2编译器；VM对其使用分层策略（Tiered Compilation），策略令C1与C2同时工作，部分代码可能多次编译；通常而言，利用C1实现快速编译，利用C2实现深度优化编译

分层策略：

• 0层：解释运行，解释器不开启性能监视（Profiling）；可触发1层
• 1层：利用C1编译器将字节码编译为机器码，其间进行简单但可靠的优化，必要时将加入性能监控；可触发2层
• 2层：利用C2编译器将字节码编译为机器码，但会进行深度优化，甚至可能根据性能监控进行不可靠的激进优化（激进优化出现问题时，会将字节码交付给解释器，无解释器的JVM则会将字节码交付给C1编译器）

此外：

JVM还存在AOT（Ahead Of Time Compiler 预编译器）编译，即通过AOT编译器将源码直接编译为静态机器码，跳过了 javac编译器 ，也跳过了解释器，令Java代码的第一次运行速度显著提升（不计算预编译耗时的话）

AOT方式存在一定的缺陷：

• 代码质量：预编译生成静态机器码时，无法根据硬件情况或代码运行情况择优选择机器码序列，性能通常而言不如JIT
• 无动态性：无法使用反射机制，无法动态加载类（只有编译时类型，无运行时类型）等（运行的是机器码，而不是源码）
• 牺牲平台无关性（参考编译型语言）

注：解释器、JIT编译器、AOT编译器可以一起工作

语言的"编译型"与"解释型"并不是绝对的

其实，通常我们都说C语言是编译型语言，但其实C语言的解释器也是存在的，例如Ch，所以C语言所谓的"编译型语言"，只是指其主流实现方式为编译，并不代表其不能进行解释；相对的，Python等"解释型语言"，也并不是无法编译

不可跨平台，平台指CPU而非操作系统时

通常来说编译器的默认指令集是十分保守的，以确保最大限度地可被CPU识别，但开发者可设置编译器在编译时使用新指令集，此时不支持新指令集的旧CPU就会无法识别机器码，从而无法运行可执行文件