Temel Kavramlar

Bu bölümde, çoğu Python’dan bağımsız olan temel kavramlara bakacağız.

Çeviriciler, Derleyiciler ve Yorumlayıcılar

Bir programlama dilinde yazılmış bir programı başka bir dile çeviren programlara translator yani çevirici 🇹🇷 program denmektedir. Çevirici programın girdi olarak aldığı dile kaynak dil yani source language, hedef olarak çıktı ürettiği dile de hedef dil yani target veya destination language denir.

Eğer işlem sırasında hedef dil sembolik makina dili (assembly), saf makina dili (binary), ara kod gibi alçak seviyeli yani low-level dil ise bu çevirici programlara compiler yani derleyici 🇹🇷 adı verilir. Her compiler bir translator sayılmakta fakat her translator bir compiler olmamaktadır. Burada hedef dile bakmak gerekir. [1]

Biz bir C kodunu C derleyicisi ile derlediğimizde günün sonunda elimizde saf makina dilinde bir program olur. Bazı programlar ise bu şekilde bir dönüşüm yapılmadan, hedef kod üretilmeden doğrudan çalıştırılır. Bu tarz program çalıştıran programlara interpreter yani yorumlayıcı 🇹🇷 adı verilir. Yorumlayıcı ile çalışan programlar, derlenen programlara göre tipik olarak daha yavaş çalışır. Ayrıca bu tarz programlar kaynak kodu üzerinden çalıştırıldığı için programın dağıtımı sırasında genellikle kodu da başkalarına vermek gerekir, bu da bazen istenmeyebilir.

C, C++, C#, Java gibi diller derleyicilere sahiptir. PHP, Perl gibi diller ise yorumlayıcılar tarafından çalıştırılır. Basic, Swift, Python gibi dillerin ise hem yorumlayıcıları hem de derleyicileri vardır.

Dikkat

Yorumlama ya da derleme aslında dilin bir özelliği değildir. Bir dilde yazılmış bir programı alıp, dilin kurallarına göre çıktı üreten bir implementasyonu teorik olarak hem yorumlayıcı hem derleyici olarak yapmak mümkündür. Fakat pratikte bu her zaman kolay ya da anlamlı olmayabilir. Her ne kadar bu özellikler doğrudan dilin doğrudan özelliği olmasa da bir dil ağırlıklı olarak derleyiciler ile çevriliyor ise o dil derlenen dil, yorumlayıcılar ile çalıştırılıyorsa yorumlanan dil olarak adlandırılır.

Genellikle genel amaçlı diller, general purpose, daha çok derleyiciler ile çalıştırılırken bir alana özgü olan, domain specific, diller yorumlayıcılar yolu ile çalıştırılır. Yorumlayıcı yazmak, genelde derleyici yazmaktan daha kolay olmaktadır. Elbette bunların hepsi genellemedir.

CPython’dan örnek verecek olursak, CPython C dilinde yazılmış bir Python implementasyonudur.

x = 42
print(x)

Yukarıdaki Python kodu CPython ile çalıştırılırken aslında satır satır okunur, CPython tarafından yapılmak istenen şey arka planda C kodları yardımıyla yapılır. Yani aslında Python kodu doğrudan işlemci üzerinde çalıştırılmaz, dolaylı yoldan çalıştırılmış olur. İşte bu yüzden Python tipik olarak yavaş bir dildir. Elbette yorumlayıcılar da kodu hızlandırmak için detayları burada verilmeyen, benim de çoğunu bilmediğim, birçok teknik kullanmaktadır.

Yorumlanan dillerin bir avantajı da tipik olarak cross-platform olmalarıdır. Yani bu programlar, ilgili platformda yorumlayıcıları olmak şartı ile, genelde kaynak kodunda değişiklik olmadan çalıştırılabilirler. Derleyici çıktıları ise platforma özgüdür ve kolayca taşınamazlar.

Doğal Kod, Ara Kod, JIT

İşlemciler, kendilerinin anladığı makina komutlarını çalıştırabilmektedir. Yazdığımız programın bir şekilde bu makina komutları aracılığı ile çalıştırılması gerekmektedir. C, C++ gibi dillerin derleyicileri çalıştığında çıkardıkları çalıştırılabilir dosya içerisinde doğrudan makina komutları yer alır. İşte doğrudan CPU üzerinde çalışan makina komutları ile çalışmaya native code yani doğal kodlu 🇹🇷 çalışma denmektedir.

Bazı sistemler ve derleyiciler ise yazılan programları bir CPU’nun anlayabileceği makina komutlarına çevirmez. Onun yerine, gerçekte olmayan adeta sanal bir CPU’nun makina kodlarına çevirir. Bu yapay kodlar ise intermediate language yani ara kod 🇹🇷 olarak adlandırılır. Bu tarz çalışma Java ve .NET dünyasında kullanılmaktadır. Java dünyasında bu ara kod Java Bytecode, .NET dünyasında yani CLI dünyasında ise CIL, Common Intermediate Language denmektedir.

Ara kodlu çalışmada derleyicinin çıkardığı ve aslında işlemcinin desteklemediği kodların bir şekilde gerçek bir işlemci üzerinde çalıştırılması gerekecektir. İşte burada ilgili dilin başka bir bileşeni devreye girecektir. Java dünyasında, Java Virtual Machine yani Java Sanal Makinası, .NET ortamında da CLR yani Common Language Runtime sistemi/yazılımı bu ara kodları alıp, gerçek işlemci üzerinde çalıştırır. Burada çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bir tanesi, ara kodun çalıştırılmadan önce gerçek işlemcinin komutlarına çevrilmesi yani derlenmesi işlemidir. Bu işlem tam program çalıştırılacağı sırada yapıldığı için buna JIT, Just-in-time compilation denmektedir. Örneğin JVM, JIT yeteneğine sahiptir ama tüm kodlar JVM tarafından hemen derlenmez. Burada önce JVM tarafından yorumlanıp, bu şekilde çalıştırılıp profile edildikten sonra gerekirse hızlandırmak için JIT ile derlenebilir. [2] Yani derleyici tarafında apayrı yazıları hak eden teknikler kullanılabilmektedir. JIT işlemi sırasında da hedef dil düşük seviyeli bir dil, saf makina dili, olduğu için bu işlem de derleme olarak adlandırılabilir.

Java ile ilgili ChatGPT’den özet:

Not every Java bytecode instruction is JIT (Just-In-Time) compiled by the JVM.
The JIT compiler selectively compiles certain parts of the bytecode based on
execution patterns. Here's how it works:

JVM Execution Model

Java bytecode is initially executed using an interpreter, which directly
interprets the instructions. This allows the JVM to start executing code quickly
without waiting for compilation.

JIT’in tersi genelde ahead-of-time compilation (AOT) olarak verilir. C kodunun çalıştırılmadan önce derlenip kenara konması gibi.

Ara kodlu çalışma, doğal kodlu çalışmaya göre %20 daha yavaş olabilir (duruma göre). O zaman bunu yapmanın mantığı nedir? Doğal kodlu çalışmada çıkan programın taşınabilir olmadığından bahsetmiştik. Her işlemci ve platform için tekrar derleme gerekecektir. C gibi dillerde programlar kayna kod yani source code portable olsalar da derleyici çıktısı olan çalıştırılabilir program binary portable değildir. Aynı kaynak kodun farklı platformlar için tekrar derlenmesi gerekecektir. Oysa ki ara kodlu çalışma binary portable olmaktadır. Elbette bunun olabilmesi için ilgili sistemde o ara kodu çalıştırabilecek yazılımların hazır olması gerekir. Ama Java, .NET gibi örneklerde bunlar zaten firma ya da topluluk tarafından hazırlanmıştır, programcının bir şey yapmasına gerek yoktur. Programcı bu sayede derlediği kodun “her yerde” çalışacağından emin olur ve her platform için tekrar derleme yapmaz.

Tüyo

Konu ilginizi çektiyse GÖMÜLÜ YAZILIMIN olmazsa olmazı CROSS COMPILATION nedir? isimli videoma bakabilirsiniz.

Şimdi bu açıdan ilk Merhaba Python yazısında da bahsettiğim Python implementationlarına bir bakalım.

Jython ve IronPython aslında birer yorumlayıcı değil, Python derleyicisidir. Jython, Python dilinde yazılmış bir programı Java Bytecode’a IronPython ise Common Intermediate Language (CIL)’e (yanılmıyorsam) çevirir. Her iki durumda da hedef dil düşük seviyeli bir dil olduğu için bu çevirim, derleme olarak adlandırılabilir.

CPython da ise durum biraz ortadadır. CPython aslında Python kodlarını yorumlayıcı olarak çalıştırmadan önce kendince bir çevirme işlemine tabii tutar. Ama bu işlemin sonunda çıkan ara kodumsu yapı üzerinde tekrar bir JIT derlemesi yapılmaz, adeta satır satır yorumlanır. Yani bizim gördüğümüz kaynak kod değil de ondan türetilmiş bir şey yorumlanır. Yani aslında CPython, yorumlamayı daha verimli yapmak için kodu önce bir “elden geçirir.” Bu işlem de genel olarak ana script kodları üzerinde değil, Python modülleri üzerinde yapılır. Bunun amacı da aslında tekrarlı çalıştırmalarda performans artışı sağlamaktır. CPython’nun yaptığı bu işlemler sırasında çıkan “ara gösterim”in bir standardı yoktur. Yani bu, CPython’a özgü bir durumdur ve Python’un standardize ettiği bir şey değildir. Oysa ki Jython ve IronPython’da durum böyle değildir, onlarınki gayet de standarttır. Python standartları aslında implementasyon yazanlara Nasıl yapıyorsan yap, beni bağlamaz yeter ki Python programcısı dil ile ne yapmak istiyorsa kurallar çerçevesinde onu yap! demektedir.

PyPy ise bir JIT derlemesi yapmaktadır. Bu yüzden PyPy, genelde hızı ile “övünür.”

Not

CPython yani halk arasında bilinen adı ile “Python” ile çalışırken (Abi Python kurdum dediğimizde aslında tipik olarak CPython kurmuş oluyoruz) .pyc dosyaları oluştuğunu görebilirsiniz. Bunlar Python standardında yer almayan, CPython’nun kendi “uydurduğu”, performans artışı için oluşturulan dosyalardır. Burada aslında Java Bytecode’a benzeyen Python Bytecode konsepti vardır. Benzer şekilde Python Virtual Machine (PVM) ve Python Bytecode Interpreter sözcüklerini de duyabilirsiniz.

Bknz: If Python is interpreted, what are .pyc files? ve Can someone explain the interaction between Python Virtual Machine and running the Python command in the terminal?

Mülkiyet Kavramı

Programların bir kısmı firmalar tarafından ticari amaçlarla yazılmaktadır. Aynı durum programlama dilleri için de geçerli olmaktadır. Örneğin MATLAB dili, MathWorks firması tarafından geliştirilmiştir ve mülkiyeti bu firmaya aittir. Birçok popüler programlama dilin ise böyle değildir, bir firmaya ait değildir. Bunlara proprietary diller denmektedir. Python da, C ve C++ gibi dillerde olduğu gibi bir firmaya, özel bir gruba ait bir dil değildir. Bu tarz diller non-proprietary olarak adlandırılır. Böyle diller bir firmanın veya grubun özel amaçları için geliştirilmezler, daha çok topluluk tarafından ilerletilirler.

Dil Olgusu

Dil, çok da kolay tanımlanabilen bir olgu değildir. Türkçe gibi diller native yani doğal 🇹🇷; Python gibi programlama dilleri de constructive, kurgusal 🇹🇷 veya artificial, yapay 🇹🇷 dil olarak kategorilendirilir.

Diller üzerinde temel iki kavramdan bahsedebiliriz: syntax yani sentaks 🇹🇷 ve semantic yani semantik 🇹🇷. Bu iki bileşen dilin gramerini oluşturur. Bir dili oluşturan en yalın ögelere token yani sembol 🇹🇷 ya da atom 🇹🇷 adı verilir. Doğal dillerdeki atomlar, sözcüklerdir.

Geçerli sentaks, söz diziminin ve kelimelerin doğru olması iken geçerli semantik olması için oluşan cümlelerin de anlamlı olması gerekir.

Örnek

Sentaks

Semantik

Açıklama

Ali okula gidiyor.

✅

✅

Yazım hatası yok, dizilim doğru ve cümle anlamlı

Kalem yemeğe gitti.

✅

❌

Yazım hatası yok, dizilim doğru fakat cümle anlamsız

Ali gidiyor okul.

❌

-

Kelime sırası yanlış, sentaks hatası

Herkez çok mutluydu.

❌

-

Kelimede yazım hatası var, sentaks hatası

Örneğin aşağıdaki C kodu da sentaks olarak doğru semantik olarak yanlıştır.

double pi = 3.14159;
printf("%d\n", pi);  // %d yi, double bir değişkenle eşlemek doğru değildir.

Türkçe gibi doğal dillerde sentaks ve semantik kurallarını formülize etmek neredeyse imkansızdır. İnsanla beraber gelişen ve yıllar içerisinde evrilen bu tarz dillerde birçok istisna durum oluşmaktadır. Bunu en iyi başka bir yabancı dili öğrenirken hissederiz. Bu yüzden yeni bir dil öğrenmek bizleri zorlar.

Bilgisayar bilimlerinde kullanılan dillere computer language yani bilgisayar dilleri 🇹🇷 demekteyiz. Eğer bir bilgisayar dilinde bir akış varsa ona aynı zamanda programming language yani programlama dili 🇹🇷 deriz. Örneğin HTML bir bilgisayar dilidir ama programlama dili değildir. Python ise programlama dilidir, aynı zamanda bilgisayar dili olmaktadır.

Bilgisayar dilleri yapay diller oldukları için doğal dillerin aksine kuralları çok daha kolay formülize edilebilir. Burada en çok tercih edilen notasyon BNF ve EBNF notasyonu olmaktadır. Birçok programlama dilinin “resmi” dokümanlarında dilin grameri bu şekilde tariflenir. Elbette dili bu kurallara bakarak öğrnemek pek pratik değildir bu notasyonlar genelde dili öğrendikten sonra referans kaynak olarak, bir şeylerin detaylarına bakarken bizler için anlamlı olmaktadır.

Programlama Dilleri Kategorileri

Programlama dillerini birçok açıdan kategorilendirmek mümkündür. Bununla ilgili C özelinde yazdığım 🌈 15 Features of The C Programming Language yazısında genel birçok açıklama da bulunmaktadır, ona da göz atabilirsiniz. Ayrıca List of programming languages by type başlıklı Wikipedia yazısında da birçok kategoriyi görebilirsiniz.

İlk yazıda, programlama dillerindeki çeşitli paradigmalardan yani programlama modellerinden kısaca bahsetmiştim: procedural, object-oriented, functional ve multi-paradigm. Burada kısaca object-oriented ve object-based kavramlarını da karşılaştırmak isterim.

Eğer bir dilde,

  • Sınıf kavramı

  • Türetme kavramı

  • Çok biçimlilik (polymorphism)

varsa o dil object-oriented yani nesne yönelimli 🇹🇷 dil olmaktadır. Sınıf kavramı var fakat çok biçimlilik yok ise o zaman object-based yani nesen tabanlı 🇹🇷 bir dil olmaktadır. C++, Java, C#, Python gibi diller nesne yönelimli dillerdir.

Python nerededir?

Dilleri birçok açıdan kategorilendirmek mümkün ama Python’ı temel açılardan ele alacak olursak bu dilin:

  • Yüksek seviyeli

  • Genel amaçlı

  • Çok paradigmalı/modelli (multi-paradigm) (ağırlıklı prosedürel ve nesne yönelimli olsa da fonksiyonel özellikleri de barındırıyor, impure functional language)

  • Implementasyona göre derlenen ve yorumlanan (birini seç deseler yorumlanan kategorisine giriyor ama önceden de bahsettiğim gibi dilleri bu açıdan kategorilendirmek çok da doğru değil)

  • Concurrent programlama destekleyen

  • Dynamically typed, dinamik tür sistemine sahip

  • Interaktif

  • Iterative

  • Reflective

  • Strongly typed

bir dil olduğunu söyleyebiliriz.

💭 Yorumlar

Yorum altyapısı giscus tarafından (evet tarafından!) sağlanmaktadır. Yorum yazabilmek için GitHub hesabınız üzerinden giriş yapmanız gerekmektedir. Yorumlar, Github Discussions üzerinde saklanmaktadır.

76b2aa79-93f5-4e32-bec9-c7b6c2c1488b