دو مفسر قدرتمند برای پایتون
PyPy مفسر قدرتمند توسعه‌داده‌شده برای زبان برنامه‌نویسی پایتون است که با هدف بهینه‌سازی و افزایش سرعت اجرای برنامه‌های پایتون مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مفسر با استفاده از (JIT سرنام Just-in-Time) روند اجرای برنامه‌های پایتون را بهبود می‌بخشد. پای‌پای در مقایسه با مفسر سی‌پایتون که به‌طور پیش‌فرض برای اجرای برنامه‌های پایتون استفاده می‌شود، چند برابر سریع‌تر است. پای‌پای به دلایل مختلفی سرعت اجرای برنامه‌ها را افزایش می‌دهد که یکی از آن‌ها تبدیل کد میانی به کد ماشین در زمان اجرا است. بنابراین، برنامه‌های کاربردی مربوط به محاسبات عددی یا برنامه‌هایی که حلقه‌های تکرار طولانی دارند با سرعت بیشتری اجرا می‌شوند.
پای‌پای ضمن آن‌که بهینه‌سازی‌های لازم را برای اجرای کدها اعمال می‌کند، سعی می‌کند میزان استفاده از حافظه را کاهش دهد که نقش مهمی در اجرای برنامه‌ها روی سیستم‌های با حافظه محدود دارد. از آن‌جایی که پای‌پای یک محیط زمان اجرای مستقل در اختیار دارد، قادر است بیشتر برنامه‌های پایتون را بدون نیاز به تغییر کد منبع اجرا کند. با این حال، ممکن است برخی پکیج‌ها و افزونه‌ها با پای‌پای سازگاری نداشته باشند یا به‌دلیل تفاوت‌هایی در الگو ساختاری توسط این محیط زمان اجرا پشتیبانی نشوند.
پای‌پای چه قابلیت‌هایی دارد؟
پای‌پای طیف گسترده‌ای از قابلیت‌ها و ویژگی‌های کاربردی را در اختیار برنامه‌نویسان قرار می‌دهد که همین مسئله باعث شده به یک مفسر قدرتمند برای زبان پایتون تبدیل شود. برخی از قابلیت‌های مهم پای‌پای به‌شرح زیر هستند:
- سرعت اجرا: پای‌پای به‌لطف تکنیک‌های بهینه‌سازی کامپایلرمحوری که دارد قادر است خلاء سرعت در برنامه‌های پایتون را به‌شکل قابل توجهی پر کند. به‌طوری‌که در برخی موارد، سرعت اجرای برنامه‌ها تا 10 برابر مفسر استاندارد پایتون بیشتر است.
- مصرف کمتر حافظه: پای‌پای به‌شکل دقیق و بهینه‌‌شده‌ای از حافظه اصلی استفاده می‌کند که در نتیجه حافظه آزاد بیشتری در اختیار برنامه‌های کاربردی قرار می‌دهد.
- سازگاری با کد منبع: برنامه‌های نوشته‌شده با مفسر استاندارد پایتون در پای‌پای با کمترین نیاز به تغییر کد منبع، قابل اجرا هستند. به عبارت دقیق‌تر، این امکان وجود دارد تا برنامه‌های پایتون را بدون مشکل با پای‌پای اجرا کرد و از دو ویژگی بهبود سرعت و کارایی به بهترین شکل استفاده کرد.
- پشتیبانی از استانداردهای پایتون: پای‌پای پشتیبانی کاملی از استانداردهای پایتون ارائه می‌دهد و قادر است برنامه‌ها و کتابخانههای پایتون را به‌طور کامل اجرا کند.
- وجود ابزارها و ویژگی‌های اضافی: پای‌پای دارای ابزارها و ویژگی‌های اضافی است که به کاربران در توسعه و اجرای برنامه‌های پایتون کمک می‌کند. به‌عنوان مثال، ابزار JIT profiler برای تحلیل و بهینه‌سازی کدها، ابزار هماهنگ‌‌کننده ریسمان‌ها (Threading) و ابزارهای اشکال‌زدایی (Debugging) از قابلیت‌های کلیدی پای‌پای هستند.
پای‌پای چگونه کدهای پایتون را به زبان ماشین ترجمه می‌کند؟
روند ترجمه و اجرای کدهای پایتون توسط مفسر پای‌پای به‌شرح زیر است:
- تجزیه (Parsing): همانند سی‌پایتون، مفسر پای‌پای کد منبع پایتون را تجزیه می‌کند و به ساختار درختی معتبر تبدیل می‌کند.
- ترجمه به بایت‌کد (Bytecode Translation): در این مرحله، کد منبع پایتون به بایت‌کد ترجمه می‌شود که شبیه به مفسر سی‌پایتون است، اما تفاوتی وجود دارد. به‌جای ترجمه کد به زبان ماشین، پای‌پای بایت‌کد را به یک زبان میانی به نام RPython ترجمه می‌کند.
- ترجمه مبتنی بر Just-in-Time Compilation: پای‌پای از کامپایلر JIT استفاده می‌کند تا بایت‌کد RPython را به زبان ماشین که برای سیستم‌عامل قابل درک است، ترجمه کند. در این فرآیند کامپایلر JIT بهینه‌سازی‌هایی را انجام می‌دهد تا اجرای کدهای پایتون در پای‌پای سریع‌تر از سی‌پایتون شود.
- اجرا (Execution): در مرحله نهایی، کد ماشین توسط کامپایلر JIT اجرا می‌شود.
پای‌پای چه محدودیت‌هایی دارد؟
در شرایطی که بهینه‌سازی مصرف حافظه و افزایش سرعت از مزایای پای‌پای هستند، اما این مفسر دارای برخی محدودیت‌ها نسبت به سی‌پایتون است که برخی از آن‌ها به شرح زیر هستند:
- سازگاری: در برخی موارد، پای‌پای ممکن است با برنامه‌هایی که برای سی‌پایتون توسعه داده شده‌اند، سازگاری نداشته باشد. این موضوع ممکن است
- به دلیل بهینه‌سازی‌های خاصی باشد که پای‌پای انجام می‌دهد و باعث تفاوت در رفتار برنامه‌ها می‌شود. اغلب برنامه‌های نوشته‌شده برای سی‌پایتون بدون تغییر بر روی پای‌پای اجرا می‌شوند، اما در برخی موارد نیاز به تغییرات کوچکی برای سازگاری با پای‌پای وجود دارد.
- پشتیبانی از برخی ماژول‌ها: پای‌پای به‌طور کامل با تمامی ماژول‌ها و پکیج‌هایی که برای سی‌پایتون توسعه داده شده‌اند، سازگار نیست. برخی از ماژول‌ها، وابستگی‌های خاصی به ویژگی‌ها و زیرساخت‌های سی‌پایتون دارند و در نتیجه ممکن است در پای‌پای به‌درستی کار نکنند یا نیاز به تغییراتی داشته باشند تا با آن سازگار شوند.
- اندازه فایل اجرایی: فایل‌های اجرایی پای‌پای معمولا بزرگ‌تر از فایل‌های اجرایی سی‌پایتون هستند. این موضوع ممکن است به‌دلیل عملکرد کامپایلر JIT و کدهای بهینه‌سازی‌شده در فایل‌های اجرایی پای‌پای باشد.
سی‌پایتون (CPython) چیست؟
سی‌پایتون مفسر استاندارد زبان برنامه‌نویسی پایتون است که توسط جامعه پایتون توسعه داده می‌شود. سی‌پایتون به زبان سی نوشته شده و قادر است کدهای پایتون را به‌صورت تفسیری اجرا کند. مفسر سی‌پایتون برنامه‌های پایتون را خط به خط تفسیر کرده و آن‌ها را به زبان ماشین که برای سیستم‌عامل قابل فهم است، تبدیل می‌کند. این نحوه اجرای کدها مزایای شاخصی مثل قابلیت اجرا بر روی سیستم‌های مختلف و سهولت در انتقال و توسعه کد را دارد، اما در مقابل کاهش سرعت و عملکرد برنامه را نیز به‌همراه دارد. یکی از مزایای شاخصی که سی‌پایتون دارد طیف گسترده‌ای از کتابخانهها و پکیج‌هایی است که برای این مفسر نوشته شده‌اند.
مفسر سی‌پایتون چگونه کدهای پایتون را به زبان ماشین ترجمه می‌کند؟
مفسر سی‌پایتون کدهای پایتون را به زبان ماشین ترجمه می‌کند تا قابلیت اجرا روی سیستم‌عامل را داشته باشند. روند ترجمه و اجرای کدهای پایتون توسط سی‌پایتون به‌شرح زیر است:
- تجزیه (Parsing): ابتدا، مفسر سی‌پایتون کد منبع پایتون را تجزیه می‌کند. این فرایند شامل تبدیل کد پایتون به ساختار درختی معتبر و قابل فهم توسط مفسر است. این ساختار درختی به‌عنوان درخت تجزیه (Parse Tree) یا درخت نحوی (Abstract Syntax Tree) شناخته می‌شود.
- ترجمه به بایت‌کد (Bytecode Compilation): بعد از تجزیه، کد منبع پایتون به بایت‌کد ترجمه می‌شود. بایت‌کد معادل دستورهای سطح پایین است که توسط مفسر سی‌پایتون قابل فهم است.
- اجرا (Execution): در مرحله بعد، بایت‌کد ترجمه‌شده توسط مفسر سی‌پایتون به زبان ماشین سیستم‌عامل ترجمه و اجرا می‌شود. مفسر، بایت‌کد را خط‌به‌خط می‌خواند و دستورات مربوطه را بر روی ماشین اجرا می‌کند.
در حقیقت، سی‌پایتون یک مفسر تفسیری است که هنگام اجرا به‌صورت تفسیری کد پایتون را خط‌به‌خط اجرا می‌کند. رویکرد فوق باعث می‌شود که سی‌پایتون نسبت به مفسرهایی که از روش‌های کامپایل بهره می‌برند، مانند مفسرهای پای‌پای سرعت اجرای کمتری داشته باشد، اما سی‌پایتون به‌دلیل سادگی و قابل حمل بودن برنامه‌ها به‌عنوان مفسر استاندارد و اصلی پایتون شناخته می‌شود.
سی‌پایتون چه قابلیت‌های کاربردی دارد؟
همان‌گونه که اشاره کردیم، سی‌پایتون مفسر استاندارد و اصلی زبان پایتون است که مجموعه‌ای از قابلیت‌های کاربردی را به‌شرح زیر ارائه می‌دهد:
- کاربری ساده: برنامه‌نویسان می‌توانند به‌شکل ساده‌ای از سی‌پایتون استفاده کنند. همچنین، ابزارها و کتابخانههای پایتون برای سی‌پایتون نیز توسعه داده شده‌اند و توسط جامعه بزرگی از برنامه‌نویسان پشتیبانی می‌شوند.
- قابل حمل بودن: برنامه‌های توسعه‌داده‌شده با سی‌پایتون قابلیت اجرا بر روی محیط‌های مختلف را دارند. این مفسر بر روی سیستم‌های عامل مختلف مانند ویندوز، لینوکس، مک و غیره قابل استفاده است.
- اکوسیستم قدرتمند: سی‌پایتون از اکوسیستم پایتون استفاده می‌کند که شامل کتابخانهها، پکیج‌ها و ابزارهای مفیدی است. با استفاده از سی‌پایتون می‌توانید از این ابزارها و کتابخانهها برای توسعه برنامه‌های پیچیده و کاربردی استفاده کنید.
- مستندسازی: سی‌پایتون ابزارهای مستندسازی قدرتمندی را برای تولید مستندات برنامه در اختیار برنامه‌نویسان قرار می‌دهد. با استفاده از این ابزارها می‌توانید مستندهای جامع و خوانا برای برنامه‌های خود ایجاد کنید که به شما و سایر توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند برنامه‌ها را بهتر درک و استفاده کنند.
- انعطاف‌پذیری: سی‌پایتون به شما اجازه می‌دهد کد پایتون را با زبان‌های دیگر ترکیب کنید و از قابلیت‌های آن‌ها بهره ببرید. می‌توانید از ماژول‌ها و کتاب‌خانه‌هایی که برای زبان‌های دیگر بهینه‌سازی شده‌اند، استفاده کنید و با آن‌ها تعامل داشته باشید.
- اجرای تفسیری: سی‌پایتون تفسیری عمل می‌کند که به شما اجازه می‌دهد کدهای پایتون را به‌صورت تفسیری و خط‌به‌خط اجرا کنید. این موضوع باعث می‌شود تا بتوانید به‌راحتی کدها را تغییر دهید و به‌صورت تعاملی با آن‌ها کار کنید.
- کامپایلر: سی‌پایتون قابلیت تبدیل کدها به بایت‌کد را دارد. همان‌گونه که اشاره کردیم بایت‌کدها در اصل کدهای میانی هستند که قابلیت اجرا توسط ماشین مجازی پایتون (Python Virtual Machine) را دارند. در نتیجه برنامه‌نویسان می‌توانند برنامه‌های پایتون را در حالت پیش‌فرض تفسیر کرده یا تبدیل به بایت‌کد کرده و به‌صورت تفسیری یا بهینه‌سازی‌شده اجرا کنند.
- قابلیت توسعه: سی‌پایتون دارای اکوسیستم بزرگی از کتابخانهها و پکیج‌های پایتون است که توسط جامعه پایتون توسعه داده شده‌اند. این اکوسیستم شامل کتابخانههای عمومی و پرکاربرد مثل NumPy، Pandas، Django و Flask هستند. با استفاده از این ابزارها و پکیج‌ها، می‌توانید برنامه‌های پیچیده‌تری را توسعه دهید و عملکرد و قابلیت‌های بیشتری به برنامه‌های خود اضافه کنید. این پکیج‌ها و کتابخانهها از طریق (PyPI سرنام Python Package Index) که یک مخزن آنلاین برای پکیج‌ها است، قابل دسترسی هستند. این بسته‌ها برای کاربردهای مختلف مانند علم داده، وب، شبکه، تست و بسیاری دیگر در دسترس هستند و توسعه‌دهندگان می‌توانند از آن‌ها برای توسعه برنامه‌های خود استفاده کنند.
- انعطاف‌پذیری زبان: به‌طور کلی زبان برنامه‌نویسی پایتون از انعطاف‌پذیری بالایی برخوردار است و سی‌پایتون نیز این ویژگی را حفظ کرده است. پایتون به برنامه‌نویسان اجازه می‌دهد برنامه‌های خود را در سبک‌های مختلفی مثل رویه‌ای، شیءگرایی، تابعی و غیره بنویسند.
- ابزارهای توسعه: سی‌پایتون طیف گسترده‌ای از ابزارهای کاربردی را در اختیار توسعه‌دهندگان قرار می‌دهد تا بتوانند با کمترین زحمت ممکن برنامه‌های کاربردی را بنویسند. برخی از این ابزارها شامل مفسر خط فرمان (Python interpreter)، ویرایشگرهای متن پیشرفته مانند PyCharm و Visual Studio Code، ابزارهای مدیریت بسته‌ها مانند pip، ابزارهای تست و اشکال‌زدایی مانند pytest و pdb و ابزارهای دیگر هستند.
پای‌پای و سی‌پایتون چه تفاوت‌هایی دارند؟
- پای‌پای و سی‌پایتون دو مفسر برای زبان برنامه‌نویسی پایتون هستند که از محبوب‌ترین محیط‌های زمان اجرا به شمار می‌روند، اما به لحاظ عملکرد تفاوت‌های مهمی با یک‌دیگر دارند. برخی از این تفاوت‌ها به‌شرح زیر هستند:
- نحوه اجرا: سی‌پایتون تفسیری است، به این معنی که برنامه‌های پایتون را خط‌به‌خط تفسیر و اجرا می‌کند که همین مسئله باعث می‌شود سی‌پایتون در برخی موارد کندتر از مفسرهایی باشد که از تکنیک‌های مبتنی بر کامپایلر JIT استفاده می‌کنند. در مقابل، پای‌پای از مفسر JIT استفاده می‌کند که کد پایتون را به زبان ماشین ترجمه می‌کند و هنگام اجرا از آن استفاده می‌کند. در نتیجه، پای‌پای سریع‌تر از سی‌پایتون است و عملکرد برنامه‌های پایتون را نیز بهبود می‌بخشد.
- مصرف حافظه: پای‌پای در بیشتر موارد می‌تواند مصرف حافظه کمتری نسبت به سی‌پایتون داشته باشد، زیرا از تکنیک‌های بهینه‌سازی مثل مدیریت حافظه بهتر و جمع‌آوری زباله (Garbage Collection) استفاده می‌کند.
- سازگاری با کتابخانهها و ماژول‌ها: سی‌پایتون به‌عنوان مفسر اصلی پایتون با تمامی کتابخانهها و ماژول‌های استاندارد پایتون سازگار است، اما این موضوع در مورد پای‌پای صدق نمی‌کند و ممکن است در هنگام اجرای برخی از برنامه‌ها با پای‌پای با مشکل روبه‌رو شوید یا تغییراتی در کدها اعمال کنید تا به‌درستی کار کنند.
- اندازه فایل اجرایی: فایل‌های اجرایی پای‌پای معمولا بزرگ‌تر از فایل‌های اجرایی سی‌پایتون هستند. این موضوع به‌دلیل نحوه تبدیل کدها با کامپایل JIT و فرآیندهای بهینه‌سازی است که توسط پای‌پای انجام می‌شود.
- پشتیبانی از نسخه‌های مختلف پایتون: سی‌پایتون به‌عنوان مفسر اصلی پایتون از تمامی نسخه‌های پایتون پشتیبانی می‌کند، اما پای‌پای در برخی موارد ممکن است با برخی از نسخه‌های جدید پایتون سازگار نباشد.
- ابزارهای توسعه: سی‌پایتون اکوسیستم وسیعی از ابزارهای توسعه و کتابخانههای مختلف دارد. در نقطه مقابل پای‌پای از بیشتر ابزارها و کتابخانهها پشتیبانی می‌کند، اما به‌دلیل تفاوت‌های عملکردی، ممکن است برخی از ابزارها و کتابخانهها به‌شکل بهینه با پای‌پای کار نکنند یا نیاز به تنظیمات خاصی هنگام استفاده از آن‌ها وجود داشته باشد. در این حالت، ممکن است برنامه‌ها با سرعت کمتری اجرا شوند یا عملکرد آن‌ها کاهش پیدا کند.
ماهنامه شبکه را از کجا تهیه کنیم؟
ماهنامه شبکه را می‌توانید از کتابخانههای عمومی سراسر کشور و نیز از دکه‌های روزنامه‌فروشی تهیه نمائید.
ثبت اشتراک نسخه کاغذی ماهنامه شبکه
ثبت اشتراک نسخه آنلاین
کتاب الکترونیک +Network راهنمای شبکه‌ها
- برای دانلود تنها کتاب کامل ترجمه فارسی +Network اینجا کلیک کنید.
کتاب الکترونیک دوره مقدماتی آموزش پایتون
- اگر قصد یادگیری برنامه‌نویسی را دارید ولی هیچ پیش‌زمینه‌ای ندارید اینجا کلیک کنید.
به اشتراک گذاری مطلب:
نظر شما چیست؟