141. Упрощённая модель компилятора. Функции лексического, синтаксического, семантического анализатора, генератора кода. Взаимодействие блоков компилятора. Проходы компилятора

Проходы компилятора

Компиляторы - сложные программы, поэтому они часто разбиваются на несколько отдельных частей, называемые проходами, которые взаимодействуют друг с другом через временные файлы. При этом проходы являются лишь частью процесса компиляции. Процесс создания исполняемого файла кроме компиляции может включать в себя несколько этапов (препроцессирование, ассемблирование, линковку и т.д.).

Структура типичного четырех-проходного компилятора

Первый проход - Препроцессоры делают обычно для макроподстановок, удаления комментариев из исходного кода, а также для обработки различных вспомогательных задач, которыми не хотят обременять компилятор.

Второй проход является сердцем компилятора. Он состоит из лексического анализатора, парсера и генератора кода. Он переводит исходный код в промежуточный язык, сходный с ассемблером.

Третий проход - оптимизирующий, который улучшает качество генерируемого промежуточного кода.

Четвертый проход back end переводит оптимизированный код в реальный ассемблерный код или в бинарный исполнимый файл. Конечно, существуют различные варианты этой структуры. Многие компиляторы не имеют препроцессора; иные генерируют ассемблерный код на втором проходе, сразу оптимизируя код; третьи непосредсвенно генерируют машинные инструкции минуя промежуточный язык.

Обобщенная структура компилятора и основные фазы компиляции.

Центральная задача синтаксического анализа - разбор структуры программы. Как правило, под структурой понимается дерево, соответствующее разбору в контекстно-свободной грамматике языка. В настоящее время чаще всего используется либо LL(1)-анализ (и его вариант - рекурсивный спуск), либо LR(1)-анализ и его варианты (LR(0), SLR(1), LALR(1) и другие). Рекурсивный спуск чаще используется при ручном программировании синтаксического анализатора, LR(1) - при использовании систем автоматического построения синтаксических анализаторов.

Результатом синтаксического анализа является синтаксическое дерево со ссылками на таблицы объектов. Ошибки, связанные со структурой программы, также обнаруживаются в процессе синтаксического анализа. На этапе контекстного анализа выявляются зависимости между частями программы, которые не могут быть описаны контекстно-свободным синтаксисом. Это, в основном, связи "описание-использование", в частности, анализ типов объектов, анализ областей видимости, соответствие параметров, метки и другие. В процессе контекстного анализа таблицы объектов пополняются информацией об описаниях (свойствах) объектов.

Основным формализмом, используемым при контекстном анализе, является аппарат атрибутных грамматик. Результатом контекстного анализа является атрибутированное дерево программы. Информация об объектах может быть, как рассредоточена в самом дереве, так и сосредоточена в отдельных таблицах объектов. В процессе контекстного анализа также могут быть обнаружены ошибки, связанные с неправильным использованием объектов.

Затем программа может быть переведена во внутреннее представление. Это делается для целей оптимизации и/или удобства генерации кода. Еще одной целью преобразования программы во внутреннее представление является желание иметь переносимый компилятор. Тогда только последняя фаза (генерация кода) является машинно-зависимой. В качестве внутреннего представления может использоваться префиксная или постфиксная запись, ориентированный граф, тройки, четверки и другие способы.

Фаз оптимизации может быть несколько. Оптимизации обычно делят на машинно-зависимые и машинно-независимые, локальные и глобальные. Определенная часть машинно-зависимой оптимизации выполняется на фазе генерации кода. Глобальная оптимизация пытается принять во внимание структуру всей программы, локальная - только небольших ее фрагментов. Глобальная оптимизация основывается на глобальном потоковом анализе, который выполняется на графе программы и представляет по существу преобразование этого графа. При этом могут учитываться такие свойства программы, как межпроцедурный анализ, межмодульный анализ, анализ областей жизни переменных и так далее.

Наконец, генерация кода - последняя фаза трансляции. Результатом ее является либо ассемблерный модуль, либо объектный (или загрузочный) модуль. В процессе генерации кода могут выполняться некоторые локальные оптимизации, такие как распределение регистров, выбор длинных или коротких переходов, учет стоимости команд при выборе конкретной последовательности команд. Для генерации кода разработаны различные методы, такие как таблицы решений, сопоставление образцов, включающее динамическое программирование, различные синтаксические методы. Конечно, те или иные фазы транслятора могут либо отсутствовать совсем, либо объединяться. В простейшем случае однопроходного транслятора нет явной фазы генерации промежуточного представления и оптимизации, остальные фазы объединены в одну, причем нет и явно построенного синтаксического дерева.