En el mundo de la ingeniería de software, el código puede adoptar múltiples formas desde el momento en que lo escribe un programador hasta el momento en que lo ejecuta una computadora. Lo que comienza como código fuente de alto nivel, escrito por humanos en lenguajes como Python o Java, este código eventualmente se transforma en código de máquina (una secuencia de 1 y 0) que representa el lenguaje de nivel más bajo que una computadora puede leer y ejecutar. A menudo, un formato intermediario llamado código de bytes cierra la brecha entre el código fuente de alto nivel y el código de máquina.
¿Qué es el código de máquina?
El código de máquina es el nivel de código más básico y fundamental, diseñado para ser leído y ejecutado directamente por el hardware de una computadora. Es de tan bajo nivel que no es legible por humanos ni accesible para sistemas de nivel superior. El código de máquina consta enteramente de secuencias binarias (unos y ceros) que corresponden a comandos u operaciones específicas, instruyendo a los componentes de la computadora (por ejemplo, memoria, CPU) sobre qué ejecutar exactamente.
Nota del editor:
Este blog invitado fue escrito por el personal de Almacenamiento purouna empresa de tecnología que cotiza en bolsa con sede en EE. UU. y que se dedica a soluciones empresariales de almacenamiento de datos totalmente flash. Pure Storage mantiene un blog muy activo, este es uno de sus «Puramente educativo» publicaciones que estamos reimprimiendo aquí con su permiso.
Los lenguajes de programación de alto nivel generalmente se traducen a código de máquina mediante un proceso llamado compilación o ensamblaje.
La función principal del código de máquina es servir como interfaz entre el software y el hardware. Convierte lenguajes de programación de alto nivel (código que escribe en Java, C#, Python, etc.) en instrucciones que una computadora puede entender y ejecutar. Además, el código de máquina forma la base de los lenguajes de programación de nivel superior, así como de los compiladores e intérpretes utilizados para crear formatos intermedios como el código de bytes, que se analizará a continuación.
Cuando el software se escribe en una variedad de lenguajes de programación, el código de máquina garantiza que los comandos de alto nivel legibles por humanos se transformen en instrucciones legibles por máquinas. Además, el código de máquina está optimizado para el hardware específico en el que se ejecuta, maximizando la eficiencia y el rendimiento.
Datos breves sobre el código de máquina
- El código de máquina puede interactuar directamente con los componentes de hardware.
- El código de máquina es específico del hardware, por lo que se adapta a la arquitectura específica del hardware de una computadora, lo que significa que el código de máquina escrito para un tipo de procesador puede no funcionar en otro.
- El código de máquina no es legible por humanos y puede ser muy complejo. Por eso se necesitan lenguajes de programación de alto nivel, que abstraen muchos pasos.
- Las instrucciones de código de máquina son ejecutadas directamente por la CPU sin necesidad de interpretación o traducción adicional, lo que las hace extremadamente rápidas y eficientes.
¿Qué es el código de bytes?
Bytecode es una versión compacta, independiente de la plataforma y portátil de código de alto nivel. Es similar a un término medio entre el código fuente y el código de máquina: no es legible por un programador humano como el código fuente, pero tampoco es legible por hardware, como el código de máquina. En cambio, un compilador dentro de un entorno de programación traduce el código fuente en código de bytes, que luego es ejecutado por una máquina virtual o intérprete o compilado adicionalmente.
Esta distinción es importante porque el software moderno a menudo necesita ejecutarse en varios dispositivos, sistemas operativos y plataformas. Bytecode permite esto al proporcionar una representación simplificada y estandarizada del código fuente en forma numérica.
Este formato hace que el código de bytes sea liviano y portátil, a diferencia del código de máquina, que a menudo es específico de una arquitectura de hardware particular (por ejemplo, una CPU específica). Siempre que un sistema tenga la máquina virtual adecuada, puede ejecutar el código de bytes.
En términos simples, bytecode es una versión compacta y simplificada de un programa escrito en un lenguaje de programación de alto nivel, como Java o Python. Sin embargo, no se puede ejecutar sin una máquina virtual o un intérprete. El código de bytes también se denomina a veces «código p» (abreviatura de código portátil).
Datos breves sobre el código de bytes
- Bytecode permite que el código se ejecute en varias plataformas y sea más fácil de interpretar. Siempre que el sistema tenga la máquina virtual adecuada (por ejemplo, la máquina virtual Java), el código de bytes se puede ejecutar sin modificaciones.
- El código de bytes puede reducir las dependencias del hardware y del sistema operativo.
- El código de bytes no está destinado a ser comprendido ni escrito por humanos; es una representación numérica del código fuente original.
- En el desarrollo de software, siempre habrá un equilibrio entre la eficiencia del desarrollador y la eficiencia del programa. La abstracción, si bien permite una mayor flexibilidad y portabilidad, puede agregar gastos generales a un programa, pero los compiladores justo a tiempo pueden mejorar el rendimiento con una traducción más dinámica sobre la marcha.
- El código de bytes no se puede ejecutar directamente en el hardware. Primero debe ser interpretado por una máquina virtual (por ejemplo, la JVM para Java) o traducido a código de máquina.
- Puede ser más complejo y llevar más tiempo ejecutar pruebas, depuración y diagnósticos en código de bytes. Hay una falta de control u optimización del hardware.
¿Por qué el código de máquina es generalmente más rápido que el código de bytes?
El código de máquina es generalmente más rápido que el código de bytes porque es más fácil y rápido de procesar para una computadora. Esto se debe principalmente a la ausencia de una capa de abstracción, que está presente en el código de bytes para simplificar la programación y la compilación. Si bien esta capa de abstracción hace que el desarrollo de código sea más eficiente para los programadores, a menudo resulta en una compensación en el rendimiento. La abstracción reduce la granularidad del código y limita el control directo sobre las operaciones de la máquina.
El código de máquina está estrechamente alineado con el caché, la memoria y otros componentes del hardware, lo que permite que el software esté altamente optimizado para el hardware específico. Escrito en el idioma nativo de la computadora, el código de máquina elimina la necesidad de interpretación adicional. Esto significa que le está dando a la máquina instrucciones exactas en el lenguaje diseñado específicamente para ella, lo que resulta en una sobrecarga mínima y una ejecución más rápida.
El código de bytes, por otro lado, requiere una capa adicional de interpretación, lo que puede introducir retrasos y complejidad. Técnicas como la compilación justo a tiempo (JIT) pueden mejorar el rendimiento del código de bytes convirtiéndolo a código de máquina durante el tiempo de ejecución. Sin embargo, el código de máquina todavía se beneficia de una optimización superior a nivel de hardware.
Un compilador que genera código de máquina específico de hardware puede utilizar plenamente las características únicas del hardware, mientras que el código de bytes a menudo no puede aprovechar estas características con tanta eficacia.
Preguntas frecuentes sobre código de bytes y código de máquina
¿Es binario lo mismo que código de bytes?
No, el código binario no es lo mismo que el código de bytes. Si bien ambos están escritos en formato binario (secuencias de 1 y 0), tienen diferentes propósitos:
- código binario es de bajo nivel y ejecutable directamente mediante el hardware de una computadora. Representa datos e instrucciones en un lenguaje que la máquina puede entender y actuar. Es específico del hardware en el que se ejecuta. El código de máquina casi no tiene abstracción: está diseñado para interactuar directamente con el hardware.
- código de bytes es el código intermediario. A diferencia del código binario, no se ejecuta directamente mediante hardware, sino que se procesa mediante un intérprete o una máquina virtual. El código de bytes lo genera un compilador a partir de un lenguaje de programación de alto nivel (por ejemplo, Java) y está optimizado para su portabilidad y facilidad de interpretación.
Bytecode tiene una abstracción de nivel medio, más cercana al código fuente que al código de máquina. Esta abstracción hace que el código de bytes sea más fácil de interpretar en todas las plataformas, pero no puede interactuar directamente con el hardware sin un intérprete.
¿Es el CIL de .NET lo mismo que el código de bytes?
Sí, el lenguaje intermedio común (CIL) en el marco .NET de Microsoft es una forma de código de bytes. Al igual que Java, .NET funciona según el principio de «escribir una vez, ejecutar en cualquier lugar». Un compilador traduce el código fuente escrito en lenguajes .NET a instrucciones CIL. Luego, estas instrucciones se pueden ejecutar en cualquier sistema con un Common Language Runtime (CLR) compatible.
¿Qué es el código de bytes en Java?
Java es uno de los lenguajes de programación modernos más portátiles y el código de bytes es la piedra angular de esta característica. Cuando se compila una aplicación Java, el compilador genera código de bytes en lugar de código de máquina.
Cuando se escribe una aplicación Java, se compila y genera un código de bytes, que proporciona instrucciones a la JVM, que actúa como intérprete para cada método del programa Java. El código de máquina que genera puede ser ejecutado de manera eficiente por la CPU.
¿Cómo hacen los compiladores justo a tiempo para que el código de bytes sea más eficiente?
Los compiladores justo a tiempo pueden ayudar a los desarrolladores a obtener lo mejor de ambos mundos: la portabilidad de la programación de alto nivel compilada en código de bytes con la eficiencia del código de máquina y una mejor optimización de las funciones específicas de la máquina.
