編譯原理概述

編譯程式的工作過程

編譯程式的結構

編譯器的自舉和移植

高階語言轉換為可執行語言的過程(以gcc編譯器為例).原始檔為hello.c

步驟一：預處理。將原始檔hello.c預處理成hello.i。該步是將#include中包含的標頭檔案匯入到原始檔中。命令是gcc -e hello.c

步驟二：編譯。將預處理後的hello.i檔案編譯成hello.s檔案。該步是將高階語言轉換為組合語言。命令是gcc -s hello.i步驟二為編譯原理的過程

步驟三：彙編。將編譯後的hello.s檔案會變成hello.o檔案。該步是將組合語言轉換成二進位制檔案。命令是gcc -c hello.s

步驟四：鏈結。將彙編後的hello.c檔案鏈結為hello.exe檔案，該步是將二進位制檔案裝入動態庫如編譯器自帶的print函式等。命令是gcc hello.o

而編譯程式是等價地將高階語言程式轉換為低階語言程式(如組合語言或機器語言程式)的程式。即對應上述的步驟二編譯過程

編譯程式分為診斷編譯程式，優化編譯程式，交叉編譯程式，可變目標編譯程式四類

1.診斷編譯程式：其作用是發現程式的錯誤，進行除錯

2.優化編譯程式：其作用是提高目標**的程式效率

3.交叉編譯程式：編譯程式產生不同於宿主機(執行源程式的機器)的機器目標**(目標機)，則稱為交叉編譯程式

4.可變目標編譯程式：僅編譯和目標機器有關的部分的程式

解釋程式的過程示意圖：

優點:可移植性較好,只要有解釋環境,可在不同的作業系統上執行。

缺點:執行需要解釋環境,執行起來比編譯慢,占用資源也要多一些,**效率低,**修改後就可執行,不需要編譯過程。

編譯程式的過程示意圖：

優點:執行速度快,**效率高,編譯後的程式不可修改,保密性較好。

缺點:**需要經過編譯才能執行,可移植性差,只能在相容的作業系統上執行。

程式編譯共經過5個階段

第一階段：詞法分析

根據構詞規則，對輸入程式的字串進行掃瞄和分解，識別出單詞字元。利用有限自動機法描述

第二階段：語法分析

在詞法分析的基礎上，根據語法規則將單詞符號串分解成各類語法單位、用上下文無關文法描述

第三階段：中間**產生

對各類語法單詞按照語義進行翻譯。該階段需要進行靜態語義檢查，用屬性文法描述。不會產生目標**

第四階段：優化

根據程式的等價變換規則對中間**進行加工變換，以便在最後階段產生更高效的目標**

第五階段：目標**產生

依賴於硬體系統和機器指令的含義把中間**變換成特定機器上的目標**，目標**分為3類

彙編指令**：需要彙編器將彙編**(move,add等語言)翻譯成機器指令(01字串)才能執行

絕對指令**：是機器語言程式，可以直接執行，指令的位址是絕對位址

可重定位指令**：位址是相對位址，能從記憶體的任何位置進行裝載。支援模組化的軟體開發。需要通過鏈結程式進行裝配，將相對位址替換成絕對位址，從而變成可執行檔案才能執行

1.詞法分析器

2.語法分析器

3.語義分析於中間**生成器

4.優化段

5.目標**生成器

6.符號表管理和出錯處理，此結構與每個階段都有聯絡

出錯處理：即使用的編譯器能夠發現源程式中的錯誤，將其傳送給程式設計師，包括兩類錯誤，語法錯誤和語義錯誤：

1.語法錯誤:源程式中不符合語法(或詞法)規則的錯誤，如非法字元，括號不匹配等

2.語義錯誤:源程式中不符合語義規則的錯誤，如變數宣告錯誤，作用域錯誤，型別不一致等

其結構圖如下：

由於詞法分析，語法分析與中間**產生與目標機器無關，因此可以以中間**為例，將編譯過程分解為編譯前端和編譯後端(能夠使程式更加清晰，優化更加充分，提高程式的可移植性)：

編譯前端的工作是源程式通過詞法編譯器、語法編譯器、中間**產生以及與機器無關優化的處理，實現從源語言到中間語言的轉換

編譯後端則是與機器有關的優化以及目標**的產生，實現中間語言到目標**的轉換

方式一：通過已有的高階語言去編寫新的高階語言的程式

在a機器上有乙個能夠將l語言翻譯成a機器的機器**的p1**，那麼可以用l語言去編寫乙個程式pa(該程式的目的是實現p語言到a機器的編譯)，從而使得高階語言p可以在a機器上執行。

編譯示意圖過程如下：

用h編譯器實現i語言到k語言的轉換，在此基礎上，用i語言編寫乙個編譯器i，實現從s語言到t語言的轉換，借助h編譯器，可以將i編譯器先轉換為基於k語言的編譯器，實現s到t語言基於k編譯器的轉換,類似於cpython編譯器的原理

方式二：通過自編譯方式，通過不斷的對編譯器進行功能的增加，從而達到乙個符合所有條件的最終編譯器

自舉就是用該機器a的低階語言去編寫乙個簡單的微型編譯器a1，然後在該微型編譯器的基礎上增加更多功能，形成具有更多功能的編譯器a2，用a2去進行編譯得到最終需要的編譯器，這便是編譯器的自舉

還是需要用ｍ語言寫乙個具有很小功能的ｓ編譯器，然後用其去編譯加入了更多功能的編譯器，然後用編譯出來的更多功能的編譯器去編譯，這樣就得到了最終需要的編譯器，這便是自舉。過程示意圖如下：

編譯程式的移植，其目的是解決高階語言的跨平台性，使同一種語言能夠在不同的機器上執行:

移植的關鍵在於產生交叉編譯器

已知有乙個m編譯器，可以在m機器上編譯s語言，因此，可用s語言去編寫乙個編譯器s，在k機器上能夠對s語言進行編譯，又因為s語言可用m語言編譯，因此將s編譯器用m編譯器進行編譯得到m程式，實現s語言在k機器上的編譯過程，此時m便是交叉編譯器，得到交叉編譯器之後，便可以編譯在k機器上的s編譯器了，將編譯器s編譯成k語言的編譯器k，便可以得到在k機器上執行的k編譯器了，如圖所示：

編譯原理概述

一 編譯過程分析 編譯軟體讀取源程式 字元流 對之進行詞法和語法的分析，將高階語言指令轉換為功能等效的彙編 再由匯程式設計序轉換為機器語言，並按照作業系統對可執行檔案格式的要求鏈結生成可執行程式.二 編譯流程表 c源程式 c檔案 編輯器 預處理過程 c檔案 編譯 優化過程 s或.asm檔案 編譯器 ...

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