編譯器的概述

• 編譯器是一個程式
• 核心功能是把原始碼翻譯成目的碼
• 原始碼:
  • C/C++, Java, C#, html, …
• 目的碼:
  • x86, IA64, ARM, MIPS, …

編譯器的結構

編譯器具有非常模組化的高層結構，編譯器可看成多個階段構成的“流水線”結構。

每個階段將源程式從一種表示轉換成另一種表示：

• 詞法分析器：字元流->單詞流
• 語法分析器：單詞流->語法樹
• 語義分析器：
  • 收集識別符號的屬性資訊:
    • 型別(Type)
    • 種屬(Kind)
    • 儲存位置、長度
    • 值
    • 作用域
    • 引數和返回值資訊
  • 語義檢查:
    • 變數或過程未經宣告就使用
    • 變數或過程名重複宣告
    • 運算分量型別不匹配
    • 操作符與運算元之間的型別不匹配
• 中間程式碼生成器：抽象語法樹->中間表示（與平臺無關的抽象程式）：
  1. 易於產生
  2. 易於翻譯成目標程式
  3. 三地址碼：temp1=c*d；temp2=b+temp1；a=temp2
  4. 四元式
     ：（op, arg1, arg2, result）；(* , c , d , temp1)；(+ , b, temp1 , temp2)；(= , temp2 , - , a)
• 程式碼優化器：試圖改進中間程式碼，以產生執行速度較快的機器程式碼：
  • temp1=c*d；temp2=b+temp1；a=temp2
  • change to：temp1=c*d；a=b+temp1
• 程式碼生成器：生成可重定位的機器程式碼或彙編程式碼：
  • temp1=c*d；a=b+temp1
  • change to：Mov R2，c；Mul R2, d；Mov R1, b；Add R2, R1；Mov a, R2
  • 一個重要任務是為程式中使用的變數合理分配暫存器
• 符號管理表：
  • 基本功能是記錄源程式中使用的識別符號，
  • 並收集與每個識別符號相關的各種屬性資訊，
  • 並將它們記載到符號表中。
• 錯誤處理器：
  • 處理方式：報告錯誤，應繼續編譯
  • 大部分錯誤在語法分析、語義分析階段檢測出來
  • 詞法分析：字元無法構成合法單詞
  • 語法分析：單詞流違反語法結構規則
  • 語義分析：語法結構正確，但無實際意義

編譯技術的應用

• 高階程式設計語言的實現
• 針對計算機體系結構的優化（並行性與記憶體層次結構）
• 新計算機體系結構的設計（CISC -> RISC）
• 程式翻譯
• 軟體生產率工具（查錯）