简单的编译流程

ゝ一纸荒年。 2022-05-12 21:26 127阅读 0赞

# 简易编译器流程图: #

![70][]

一个典型的编译器，可以包含为一个**前端**，一个**后端**。前端接收源程序产生一个中间表示，后端接收中间表示继续生成一个目标程序。所以，前端处理的是跟源语言有关的属性，后端处理跟目标机器有关的属性。

复杂的编译器:

![70 1][]

# 词法分析器: #

1.词法分析器读入源代码，然后对字符流(源代码)做切分成记号流。举个例子：

![221102004069666.png][]这是一个程序员看到的字符流(源代码)

2.词法分析器将字符流读入，根据关键字、标识符、标点、字符串、整形数等进行划分，形成记号流（单词）：

![221105371881729.png][]

举个例子: 假如源语句if(x>5)，则词法分析器返回token\{k=IF,lexeme=0\};token\{k=LPAREN,lexeme=0\};token\{k=ID,lexeme="X"\};……

词法分析器的任务：字符流到记号流。

字符流：和被编译语言密切相关（ASCII,Unicode,or……）

记号流：编译器内部定义的数据结构，编码所识别出的词法单元

# 语法分析器: #

**语法分析器**（Parser）通常是作为[编译器][Link 1]或[解释器][Link 2]的组件出现的，它的作用是进行语法检查(检查语法是否符合这个语言的规则)、并构建由输入的单词组成的数据结构（一般是[语法分析树][Link 3]、[抽象语法树][Link 4]等层次化的数据结构）。语法分析器通常使用一个独立的[词法分析器][Link 5]从输入字符流中分离出一个个的“单词”，并将单词流作为其输入。实际开发中，语法分析器可以手工编写，也可以使用工具（半）自动生成。

### 抽象语法树是对程序语法的抽象表示 ###

例如，当在开发语言时，可能在开始的时候，选择LL(1)文法来描述语言的语法规则，编译器前端生成LL(1)语法树，编译器后端对LL(1)语法树进行处理，生成字节码或者是汇编代码。但是随着工程的开发，在语言中加入了更多的特性，用LL(1)文法描述时，感觉限制很大，并且编写文法时很吃力，所以这个时候决定采用LR(1)文法来描述语言的语法规则，把编译器前端改生成LR(1)语法树，但在这个时候，你会发现很糟糕，因为以前编译器后端是对LL(1)语树进行处理，不得不同时也修改后端的代码。

1.抽象语法树的第一个特点为:不依赖于具体的文法。无论是LL(1)文法，还是LR(1)，或者还是其它的方法，都要求在语法分析时候，构造出相同的语法树，这样可以给编译器后端提供了清晰，统一的接口。即使是前端采用了不同的文法，都只需要改变前端代码，而不用连累到后端。即减少了工作量，也提高的编译器的可维护性。

2.抽象语法树的第二个特点为:不依赖于语言的细节。在编译器家族中，大名鼎鼎的gcc算得上是一个老大哥了，它可以编译多种语言，例如c，c＋＋，java，ADA，Object C， FORTRAN， PASCAL，COBOL等等。在前端gcc对不同的语言进行词法，语法分析和语义分析后，产生抽象语法树形成中间代码作为输出，供后端处理。要做到这一点，就必须在构造语法树时，不依赖于语言的细节，例如在不同的语言中，类似于if－condition－then这样的语句有不同的表示方法

# 语义分析器: #

对语法树的合法性进行处理(例如:一个变量在使用之前是否先定义声明,所调用的函数是否有对应的定义),产生相应的中间代码或目标代码.

[语义分析][Link 6]是[编译][Link 7]过程的一个逻辑阶段， 语义分析的任务是对结构上正确的[源程序][Link 8]进行上下文有关性质的审查，进行类型审查。语义分析是审查[源程序][Link 8]有无语义错误，为[代码生成][Link 9]阶段收集类型信息。比如语义分析的一个工作是进行类型审查，审查每个算符是否具有语言规范允许的运算对象，当不符合语言规范时，[编译程序][Link 10]应报告错误。如有的[编译程序][Link 10]要对实数用作[数组][Link 11]下标的情况报告错误。又比如某些程序规定运算对象可被强制，那么当二目运算施于一[整型][Link 12]和一实型[对象][Link 13]时，编译程序应将整型转换为实型而不能认为是[源程序][Link 8]的错误。

## 经过上面的处理,程序中就没有在包括语言和语义的错误(除非编译器本身就有bug) ##

# 中间代码 #

中间代码也叫中间语言

（Intermediate code /language）是：源程序的一种内部表示，不依赖目标机的结构，复杂性介于源语言和机器语言之间。

中间代码的优点

1、逻辑结构清楚；

2、利于不同目标机上实现同一种语言；

3、利于进行与机器无关的优化；

中间代码可以生成例如 三地址代码 SSA 控制流图 等 (中间码的生成也是取决于编译器设计中的考虑,例如需不需要优化,或者追求速度,性能等).

## 关于语法分析器和中间代码: ##

LINK: [https://blog.csdn.net/yongchaocsdn/article/details/79056504][https_blog.csdn.net_yongchaocsdn_article_details_79056504]

# 代码生成: #

中间代码可以被最终的一个代码生成的阶段处理为最后的目标代码(例如机器码,JVM字节码)

# 符号表 #

符号表是存储程序编译过程中重要信息,可以给每个阶段提供支持

在计算机科学中，符号表是一种用于[语言翻译器][Link 14]（例如[编译器][Link 1]和[解释器][Link 2]）中的数据结构。在符号表中，程序[源代码][Link 15]中的每个标识符都和它的声明或使用信息绑定在一起，比如其数据类型、[作用域][Link 16]以及[内存地址][Link 17]。

符号表在[编译程序][Link 18]工作的过程中需要不断收集、记录和使用[源程序][Link 19]中一些语法符号的类型和特征等相关信息。这些信息一般以表格形式存储于系统中。如常数表、变量名表、[数组][Link 20]名表、过程名表、标号表等等，统称为符号表。对于符号表组织、构造和管理方法的好坏会直接影响[编译系统][Link 21]的运行效率。

# 举个例子: #

一个加法表达式(sum)在编译中的过程:

例如sum的语法规则是:

1.整数数字 n

2.加法表达式式 n1+n2

根据上面的规则

1+2

1+2+3  (加法表达式遵循左结合也就是 1+2 的结果 3+3 这也属于加法表达式的一种)

这上面的三种都遵守了加法表达式的规则  所以都是加法表示式的一种

## 目标机器: 栈式计算机(stack) ##

是一个LIFO的一个先入后出存储器,跟它向对应的是FIFO存储器先入先出传统顺序

有两条指令:

1.push n (将指定的参数压入栈中)

2.add (将栈顶的两个索引的数据弹出并进行加法运算,再将运算后的结果压入栈中)

//x和y表示栈顶的数据 pop[]表示弹出栈顶的数据
    x = pop[]
    
    y = pop[]
    
    //加法运算
    n = x+y
    
    //压栈
    push n

## 例如1+2+3加法运算经过语法分析器翻译抽象语法树(AST): ##

1+2+3 =语法分析器:      语法树
                             (+)
                         (+)     (3)
                      (1)   (2)

先从左结合开始:

1+2 = 3

3+3 = 6

## 生成栈式计算机(stack)的代码: ##

代码生成使用树的后续遍历(从树的左边子节点开始遍历,然后遍历右边子节点最后遍历根节点)

代码生成规则:

1. 遍历树中时如果遇到整数 n 生成代码: push n

2.遍历树中时如果遇到 + 生成代码: add

最后生成的栈式计算机的代码:

push 1
    
    push 2
    
    add
    
    push 3
    
    add

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[221102004069666.png]: /images/20220513/c35ed1aa3c9e4130aff4594de8d573a6.png
[221105371881729.png]: /images/20220513/12a310fd759446e78eb33f6a673651e3.png
[Link 1]: https://baike.baidu.com/item/%E7%BC%96%E8%AF%91%E5%99%A8/8853067
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[Link 10]: https://baike.baidu.com/item/%E7%BC%96%E8%AF%91%E7%A8%8B%E5%BA%8F/8290180
[Link 11]: https://baike.baidu.com/item/%E6%95%B0%E7%BB%84/3794097
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