Chương trình dịch là gì? Phân loại và tác dụng của chương trình dịch

Chương trình dịch là chương trình dùng trong máy tính nhằm chuyển đổi ngôn ngữ bậc cao sang ngôn ngữ máy để chạy trên máy tính. Đây là kiến thức đã được học từ chương trình tin học phổ thông lớp 11. Cùng tìm hiểu về chương trình dịch qua bài viết sau đây của Trang Tài Liệu để hiểu thêm về chương trình dịch là gì, cách phân loại và tác dụng của chương trình dịch.

Chương trình dịch là gì?

Khái niệm chương trình dịch

Chương trình dịch – hay còn được gọi với tên tiếng Anh là compiler, là chương trình có chức năng chuyển đổi chương trình nguồn được viết bằng ngôn ngữ lập trình bậc cao sang chương trình đích được thể hiện bằng ngôn ngữ máy và chương trình đích này có thể chạy (thực thi) trên máy tính được.

Tại sao cần có chương trinh dịch?

Vì ngôn ngữ lập trình bậc cao không thể nạp trực tiếp vào bộ nhớ và thực hiện ngay như mã máy nên cần chương trình dich để chuyển đổi chương trình viết bằng ngôn ngữ lập trình bậc cao sang mã máy.

Một chương trình dịch chịu trách nhiệm dịch một chuỗi các hướng dẫn được viết bằng một ngôn ngữ lập trình cụ thể (tức là ngôn ngữ nguồn hoặc mã nguồn) sang một chương trình mới nhưng ở dạng ngôn ngữ máy tính (ngôn ngữ đích).

Nói chung, ngôn ngữ đích là ngôn ngữ cấp thấp hơn được sử dụng để máy tính có thể hiểu các hướng dẫn bằng văn bản. Ngôn ngữ duy nhất máy có thể trực tiếp hiểu và thực hiện. Trình biên dịch tạo ra một chương trình mới còn được gọi là mã đối tượng. Trong khi đó, Ngôn ngữ bậc cao rất gần với ngôn ngữ tự nhiên, có tính độc lập cao, ít phụ thuộc vào loại máy và chương trình phải dịch sang ngôn ngữ máy mới thực hiện được

Hầu hết các trình biên dịch sẽ dịch mã nguồn được viết bằng ngôn ngữ cấp cao sang mã đối tượng hoặc ngôn ngữ máy để được thực thi trực tiếp bởi máy tính hoặc máy ảo. Tuy nhiên, cũng có trường hợp chương trình dịch có khả năng dịch từ ngôn ngữ cấp thấp sang ngôn ngữ cấp cao. Trình biên dịch như vậy được gọi là dịch ngược. Đồng thời cũng sẽ có các chương trình dịch từ ngôn ngữ cấp cao này sang ngôn ngữ cấp cao khác.​

Quy trình của một chương trình dịch

Chương trình nguồn —> Chương trình dịch —> Chương trình đích

Trong đó:

Chương trình nguồn: Là chương trình viết trên ngôn ngữ lập trình bậc cao

Chương trình đích: Là chương trình nguồn được chuyển đổi sang ngôn ngữ máy nhờ chương trình dịch.

Phân loại

Chương trình dịch được chia thành hai loại: Thông dịch và biên dịch

Vai trò của chương trình dịch

Chương trình dịch được ứng dụng để giải quyết các bài toán cụ thể và ứng dụng thực tế hơn như:

• Dịch một ngôn ngữ lập trình thành mã máy
• Dịch một ngôn ngữ lập trình bậc cao thành một ngôn ngữ lập trình bậc thấp hơn
• Chuyển đổi đoạn mã giữa các ngôn ngữ lập trình với nhau
• Kiểm tra ngữ pháp, chính tả của các đoạn văn
• Dịch từ hình ảnh thành văn bản

Chương trình dịch là vô cùng cần thiết và quan trọng trong lập trình vì nó có khả năng chuyển đổi các chương trình được viết bằng ngôn ngữ bậc cao thành các chương trình có thể chạy trên các máy cụ thể. Nó nhận đầu vào là chương trình nguồn được viết bằng ngôn ngữ lập trình bậc cao (dữ liệu đầu vào) và sau đó chuyển đổi chúng thành chương trình đích bằng ngôn ngữ máy (đầu ra).

Chương trình dịch giúp người lập trình có thể lập trình bằng một ngôn ngữ và chuyển nó sang một ngôn ngữ khác để máy tính có thể đáp ứng được nhu cầu của người lập trình mong muốn.

Các giai đoạn chương trình dịch:

Một chương trình dịch hoạt động được thì chương trình dịch phải trải qua hai giai đoạn đó là: giai đoạn phân tích và giai đoạn tổng hợp.

Giai đoạn phân tích được diễn ra nhằm phân tích chương trình nguồn về từ vựng và cú pháp để có kế hoạch thực hiện giai đoạn tiếp theo. Quá trình phân tích sẽ bắt đầu từ việc phân tích từ vựng, tiếp đến là phân tích cú pháp và cuối cùng là phân tích ngữ nghĩa. Quá trình phân tích càng chi tiết thì sẽ giúp cho giai đoạn tạo mã tiếp theo thực hiện dễ dàng và chính xác hơn.

Giai đoạn tổng hợp nhằm mục đích tạo ra chương trình đích bao gồm ba bước, đó là:

+ Sinh mã trung gian: có nghĩa là từ chuyển chương trình nguồn sẽ chuyển về chương trình trung gian.

+ Tối ưu mã: có nghĩa là tối ưu, chỉnh sửa chương trình trung gian.

+ Sinh mã: có nghĩa là từ chương trình trung gian đã tối ưu sẽ tạo ra chương trình đích.

Các loại chương trình dịch thường có các bước như: Thông dịch và biên dịch.

– Thông dịch: Chương trình này sẽ thực hiện lặp đi lặp lại dãy các bước sau:

+  Kiểm tra tính đúng đắn của câu lệnh kế tiếp trong chương trình nguồn.

+ Chuyển đổi các câu lệnh vừa kiểm tra đó thành các câu lệnh tương ứng trong ngôn ngữ máy tính.

+ Thực hiện các câu lệnh vừa mới chuyển đổi.

Loại chương trình dịch này đặc biệt phù hợp trong môi trường đối thoại giữa hệ thống và người dùng, chẳng hạn như các ngôn ngữ khai thác hệ quản trị cơ sở dữ liệu, hệ điều hành với đối thoại…

– Biên dịch: Chương trình này thực hiện qua hai bước sau:

 + Đầu tiên là duyệt, tiếp đến là kiểm tra, phát hiện lỗi, xác định chương trình nguồn có dịch được hay không.

 + Chuyển đổi chương trình nguồn này thành một chương trình đích có thể thực hiện trên máy và lưu trữ lại để về sau sử dụng.

Loại chương trình dịch này khá là thuận tiện cho các chương trình ổn định và cần phải thực hiện nhiều lần.

Bên cạnh chương trình dịch, người dùng còn được cung cấp các dịch vụ có liên quan chẳng hạn như biên soạn, lưu trữ… từ đó tạo thành một môi trường làm việc trên một ngôn ngữ lập trình.

Ví dụ: Free Pascal 1.2, Visual Pascal 2.1, Turbo Pascal 7.0, ..

Đặc điểm của chương trình dịch

Một chương trình dịch hoàn thiện cần phải hội tụ đầy đủ các đặc điểm sau:

– Tính toàn vẹn: dữ liệu đầu vào viết ở ngôn ngữ nguồn và kết quả ở ngôn ngữ đích cần phải hoàn toàn tương đương với nhau.

– Tính hiệu quả: chương trình dịch không cần sử dụng nhiều công suất tính toán và bộ nhớ mà vẫn đảm bảo kết quả ngôn ngữ đích đủ tốt

– Tính trong suốt: chương trình dịch phải rõ ràng về kết quả để người dùng có thể chỉnh sửa lỗi nếu có sau mỗi bước thực hiện

– Tính chịu lỗi tốt: chương trình dịch có thể cho phép một số lỗi của đầu vào và đưa ra gợi ý xử lý sao cho phù hợp. Một chương trình dừng ngay ở lỗi đầu tiên là một chương trình không tốt.

Phân loại chương trình dịch

Chương trình dịch được chia thành 2 loại chính là:

• Trình biên dịch (complier): tiếp nhận toàn bộ dữ liệu nguồn rồi dịch ra kết quả trong một lượt. Trình biên dịch thường được hoạt động giống như một dịch giả.
• Trình thông dịch (interpreter): tiếp nhận mã nguồn từng phần, tiến hành dịch từng phần khi nhận được. Interpreter hoạt động giống như vai trò của một người phiên dịch trong các cuộc giao tiếp. 

Hiện nay, ranh giới giữa compiler và interpreter ngày càng thu hẹp

Trong đó, compiler cũng được chia thành 2 loại là:

• Complier tĩnh (statically): mã sinh ra chạy trực tiếp
• Complier động (dynamically): mã sinh ra cần phải có thao tác tái định vị rồi mới tiến hành chạy được

Một loại ngôn ngữ lập trình kết hợp cả compiler và interpreter đó chính là java. Mã java có thể được biên dịch thành mã bytecode, sau đó máy ảo chạy mã bytecode ở dạng thông dịch. 

Các bước thực hiện của một chương trình dịch

Để một chương trình dịch hoạt động được, nó phải trải qua hai giai đoạn là giai đoạn phân tích và giai đoạn tổng hợp.

Giai đoạn phân tích diễn ra để phân tích chương trình nguồn nhằm lập kế hoạch thực hiện giai đoạn tiếp theo. Trong đó, quá trình phân tích sẽ bắt đầu bằng phân tích từ vựng, sau đó là phân tích cú pháp và cuối cùng là phân tích ngữ nghĩa. Phân tích càng chi tiết thì giai đoạn mã phía sau sẽ càng đơn giản và chính xác.

Giai đoạn tổng hợp sẽ tạo ra chương trình mục tiêu bao gồm 3 bước:

– Tạo mã trung gian: nghĩa là chuyển chương trình nguồn thành chương trình trung gian

– Tối ưu hóa mã: tối ưu hóa, chỉnh sửa chương trình trung gian

– Tạo mã: từ chương trình trung gian được tối ưu hóa để tạo chương trình đích

Đối với từng loại chương trinh dịch các bước cụ thể như sau:

Thông dịch

Thực hiện lặp đi lặp lại dãy các bước sau:

-> Kiểm tra tính đúng đắn của câu lệnh tiếp theo trong chương trình nguồn

-> Chuyển đổi câu lệnh đó thành các câu lệnh tương ứng trong ngôn ngữ máy

-> Thực hiện các câu lệnh vừa chuyển đổi

Loại chương trình dịch này đặc biệt thích hợp cho môi trường đối thoại giữa người dùng và hệ thống, như các ngôn ngữ khai thác hệ quản trị cơ sở dữ liệu, đối thoại với hệ điều hành…

Biên dịch

Thực hiện qua hai bước sau:

-> Duyệt, kiểm tra, phát hiện lỗi, xác định chương trình nguồn có dịch được không

-> Dịch chương trình nguồn thành một chương trình đích có thể thực hiện trên máy và lưu trữ lại để sử dụng về sau

Loại chương trình dịch này thuận tiện cho các chương trình ổn định và cần thực hiện nhiều lầnKèm với chương trình dịch, người dùng còn được cung cấp các dịch vụ lên quan như biên soạn, lưu trữ… tạo thành một môi trường làm việc trên một ngôn ngữ lập trình. Ví dụ: Turbo Pascal 7.0, Free Pascal 1.2, Visual Pascal 2.1,…

Một số câu hỏi thường gặp

Câu 1:

Trong chế độ biên dịch, một chương trình đã được dịch thông suốt, hệ thống không báo lỗi. Có thể khẳng định rằng ta đã có một chương trình đúng hay chưa? Tại sao?

Gợi ý trả lời:

Không thể khẳng định chương trình đúng vì chương trình có thể vẫn còn chứa lỗi ngữ nghĩa.

Câu 2:

Trong chế độ thông dịch, giả sử hai phần ba số câu lệnh trong chương trình đã được thự hiện. Có thể khẳng định rằng chương trình không còn chứa lỗi cú pháp nữa hay không? Tại sao?

Gợi ý trả lời:

Không thể khẳng định. Cú pháp của các câu lệnh chưa thực hiện chưa được kiểm tra.

Câu 3:

Chương trình dịch dùng để làm gì?

A. Dịch từ ngôn ngữ máy sang ngôn ngữ tự nhiên.

B. Dịch từ ngôn ngữ lập trình sang ngôn ngữ máy.

C. Dịch từ ngôn ngữ máy sang ngôn ngữ lập trình.

D. Dịch từ ngôn ngữ lập trình sang ngôn ngữ tự nhiên.

Gợi ý trả lời:

Chương trình dịch dùng để dịch từ ngôn ngữ lập trình sang ngôn ngữ máy, chương trình dịch là chương trình đặc biệt có chức năng chuyển đổi chương trình được viết trên ngôn ngữ lập trình bậc cao thành chương trình thực hiện được trên máy tính cụ thể.

Câu 4: 

Khi một chương trình dịch đã được dịch thông suốt, không còn lỗi cú pháp nào nữa, thì có cần phải tiếp tục hiệu chỉnh, tìm và sửa lỗi trong chương trình nguồn nữa hay không?

Hướng dẫn giải:

Khi một chương trình dịch đã được dịch thông suốt, không còn lỗi cú pháp nào nữa, thì ta vẫn cần phải kiểm tra ngữ nghĩa trong chương trình nguồn.

Như vậy là chúng tôi đã cung cấp toàn bộ thông tin về chương trình dịch là gì để các học sinh hoặc lập trình viên mới vào nghề có thể nắm rõ và hiểu được. Hy vọng rằng những thông tin, khái niệm chúng tôi chia sẻ ở trên sẽ giúp ích cho bạn trong quá trình học tập và làm việc sau này.