編譯 vs 直譯：程式碼寫好後電腦如何「看懂」？解釋型與編譯型語言的差異
當我們學習一門外語時，最終目標是能夠與使用該語言的人順暢溝通。同樣地，程式設計師撰寫程式碼，也是為了「交代」電腦完成特定任務。然而，我們用類似英文的語法寫出的程式碼（稱為高階語言），對於只懂得 0 與 1 組合（稱為機器語言）的電腦來說，就像是完全聽不懂的天書。
那麼，這道語言的鴻溝是如何跨越的呢？答案是透過「翻譯」。在程式設計的世界裡，我們有兩位風格迥異的專業「翻譯官」：編譯器 (Compiler) 與 直譯器 (Interpreter)。 他們的工作都是將人類可讀的程式碼，轉化為電腦可執行的機器碼，但其翻譯的時機與方式卻大相逕庭，也因此造就了兩大類程式語言的特性。
一次翻整本的翻譯家：編譯型語言 (Compiled Language)
想像一下，您要將一本中文小說翻譯成英文版。編譯型語言的運作方式，就像是這位翻譯家會先把整本小說從頭到尾完整翻譯，並仔細校對文法與用詞，最終產出一本獨立的英文版精裝書。 未來，任何想看這本小說英文版的讀者，只要直接拿起這本精裝書閱讀即可，完全不需要再經過翻譯的過程。
在程式設計中，這個過程如下：
- 撰寫原始碼 (Source Code)：程式設計師寫好程式。
- 編譯 (Compile)：程式設計師執行「編譯器」，這個工具會掃描全部的程式碼，檢查是否有語法錯誤，然後將所有程式碼一次性地翻譯成電腦看得懂的機器碼。
- 產出可執行檔 (Executable File)：編譯成功後，會產生一個獨立的檔案（例如 Windows 上的
.exe檔）。 這個檔案已經是翻譯好的「成品」。 - 執行程式：使用者直接執行這個檔案，電腦的作業系統會將其載入記憶體，CPU 便可直接高速執行。
優點：
- 執行效率高：因為程式在執行前已經完全翻譯成機器碼，所以執行時速度非常快，效能極佳。
- 程式碼安全性高：發布程式時，只需提供編譯後的可執行檔，他人無法輕易看到原始碼。
- 獨立執行：產生的執行檔不需依賴特定的開發環境，只要作業系統相容即可運行。
缺點：
- 開發週期較長：每次修改一小部分程式碼，都必須重新編譯整個專案才能看到結果，對於大型專案來說，編譯可能需要花費數分鐘甚至更久。
- 除錯較不直觀：錯誤必須在編譯完成後才能發現，有時錯誤訊息與實際問題的對應關係不夠直接。
- 跨平台性較差：針對 Windows 編譯出來的程式，無法直接在 macOS 或 Linux 上執行，需要為不同平台準備不同的編譯器與設定。
代表語言：C、C++、Go、Swift、Rust 等。
一句翻一句的同步口譯員：直譯型語言 (Interpreted Language)
現在，換個場景，想像您正在參加一場國際研討會，講者說一句話，身旁的同步口譯員就立刻翻譯一句給您聽。直譯型語言的運作模式正是如此。 這位「口譯員」並不會預先把整場演講稿拿來翻譯，而是在您需要聽的時候，即時地、逐行地進行翻譯。
這個過程是：
- 撰寫原始碼 (Source Code)：程式設計師寫好程式（通常稱為腳本 Script）。
- 執行程式：使用者透過「直譯器」來執行這份原始碼。
- 逐行翻譯並執行：直譯器會讀取程式的第一行，將其翻譯成機器碼，然後立刻執行；接著再讀取第二行、翻譯、執行……依此類推，直到程式結束。
優點：
- 開發快速、除錯方便：修改程式碼後可以立即執行，馬上看到結果。如果發生錯誤，直譯器通常能明確指出是哪一行出錯，修改與測試的循環非常快，對新手也更友善。
- 跨平台性極佳：同一份原始碼，只要目標電腦上安裝了對應的直譯器（例如 Python 的執行環境），就可以直接執行，無需為不同平台重新編譯。
- 語法彈性靈活：通常語法更簡潔，允許在執行時期動態改變程式結構，開發彈性高。
缺點：
- 執行速度較慢：因為每次執行都需要進行「即時翻譯」的動作，相較於已經翻譯好的編譯型語言，效能會有明顯的落差。
- 依賴執行環境：使用者必須先在電腦上安裝對應的直譯器才能執行程式。
- 原始碼較易外洩：執行程式需要提供原始碼檔案，保密性相對較低。
代表語言：Python、JavaScript、PHP、Ruby、Shell Script 等。
取其精華、去其糟粕：混合型語言與 JIT (Just-In-Time) 即時編譯
隨著技術演進，編譯與直譯的界線已逐漸模糊。許多現代語言試圖結合兩者的優點，其中最著名的技術就是 JIT (Just-In-Time) 即時編譯。
可以把 JIT 想像成一位非常聰明的同步口譯員。當他發現講者在演講中反覆使用某個專有名詞或句子時，他會把這句話最精準的翻譯寫在卡片上。下次再聽到這句話，他就不再逐字思考如何翻譯，而是直接念出卡片上的完美翻譯，速度大幅提升。
JIT 的運作模式大致如下：
- 程式碼首先被編譯成一種中間語言（稱為 位元組碼 Bytecode），這一步類似於傳統的編譯，但產出的不是特定平台的機器碼。
- 程式執行時，虛擬機 (VM) 會先用直譯的方式執行位元組碼。
- 同時，JIT 編譯器會在背景監控程式的執行狀況，找出被頻繁執行的「熱點程式碼 (Hotspot Code)」。
- 一旦找到熱點，JIT 就會將這部分位元組碼即時編譯成該平台原生的機器碼，並快取起來。
- 下次再執行到這段程式時，就會直接使用編譯好的機器碼，速度媲美傳統編譯型語言。
這種混合模式，既保留了直譯語言的跨平台優勢，又能在程式執行一段時間後，透過 JIT 大幅提升效能，達到「啟動時靈活，運行時高效」的目標。
代表語言：Java、C#，以及部分 Python 實作（如 PyPy）和現代 JavaScript 引擎（如 V8）都大量採用了 JIT 技術。
總結：沒有最好的選擇，只有最適合的工具
| 特性 | 編譯型語言 | 直譯型語言 |
|---|---|---|
| 翻譯時機 | 執行前，一次性完整翻譯 | 執行中，逐行即時翻譯 |
| 執行速度 | 快，已預先翻譯成機器碼 | 慢，包含即時翻譯的開銷 |
| 開發與除錯 | 較慢，需完整編譯流程 | 快速，可立即執行與反饋 |
| 跨平台性 | 差，需為不同平台分別編譯 | 佳，只要有直譯器即可執行 |
| 代表語言 | C, C++, Swift, Go | Python, JavaScript, PHP, Ruby |
總歸來說，編譯與直譯並非絕對的好壞之分，而是兩種不同的取捨。
- 當您需要極致的執行效能、直接操作硬體，例如開發作業系統、遊戲引擎或高效能運算時，編譯型語言是首選。
- 當您追求快速開發、高度彈性與跨平台能力，例如撰寫網站後端、數據分析腳本或自動化工具時，直譯型語言則更具優勢。
而像 Java、C# 這類採用 JIT 技術的語言，則試圖在效能與開發效率之間找到一個絕佳的平衡點，使其廣泛應用於大型企業級應用程式。
了解程式碼是如何被「翻譯」與「理解」的，不僅是程式設計的基礎，更能幫助我們在面對不同專案需求時，做出最明智的技術選型。