编译技术（1）-前置知识

第1章 前置知识

编译器及其基本结构

1. 编译器本质上就是一个“翻译”程序，可以将用某种语言编写的源程序“翻译”为另一种语言（显然包括机器语言）编写的目标程序。当源程序有错误时，编译器显然也要有所反应。

   需要注意的是，相较于编译器，解释器不会生成目标程序，而是直接根据源程序和用户输入执行程序。

2. 上述的翻译过程非常复杂，往往无法一下子完成，总的来说，这样的“翻译”会分为前端和后端两个部分

   

   前端（理解源程序）：分解源程序为若干组成元素并附加语法结构，构建源程序的IR，处理符号表

   后端（映射程序到目标机器）：根据IR和符号表构建目标程序

3. IR可能不止一个，为了简化前端和后端的处理，可以将其细分为更小的部分，这也是典型的处理方式

   

4. 编译器的伙伴程序

   • 预处理器：处理宏定义、文件包含等信息
   • 汇编器：将汇编语言转为目标机器指令
   • 链接器：链接从汇编器中得到的多个汇编语言程序

5. “遍”，即读入一个输入文件并产生一个输出的过程。在实现编译器时，可以将多个步骤放在同一遍中完成，也就是多个步骤同时进行与完成。

   显然，单遍编译器不用构造中间表示，多遍编译器编译时每一遍都将一种IR转换成另一种，循序渐进的完成整个编译过程

典型编译过程

词法分析

1. 目的：从源程序的连续字符序列中识别出有意义的单词（token），并将其转换为词法单元作为词法分析的输出，作为语法分析的抽象记号输入
2. 词法单元：一个词法单元可以由词法记号和属性组成，词法记号指出了单词的类别（例如运算符、标识符、关键字、整数、实数），属性则保存了编译后面步骤要使用到的东西（例如标识符的名字、整数的数值）

语法分析

1. 目的：从词性和语法规则上判定词法单元序列是否符合语言的语法结构，并构造中间表示（例如语法树）
2. 语法树：以层次定义关系反映语法元素之间的语法结构
3. 语法关系采用上下文无关文法描述

语义分析

1. 目的：根据语言的语义约束检查程序的一致性（例如考虑变量的类型），将相关信息存到符号表或语法树中
2. 语义分析和符号表密切相关，符号表在整个编译过程中都很重要

中间代码生成

1. 目的：化解从源语言到目标语言翻译时较大的语义跨度，使编译器更易于优化和移植
2. 中间代码的两个性质：容易生成、容易转换为目标机器上的程序

代码优化

1. 目的：提高程序执行的时空效率
2. 可以分为机器有关优化（目标代码优化）、机器无关优化（中间代码优化）

目标代码生成

1. 目的：将中间表示转换为目标机器代码，需要考虑指令选择、寄存器分配、指令调度等问题