Основы компиляторов

Лексический анализ

Входом компилятора служит программа на исходном языке программирования. С точки зрения компилятора это просто последовательность символов. Задача первой фазы компиляции, лексического анализатора (lexical analysis) , заключается в разборе входной цепочки и выделении некоторых более "крупных" единиц, лексем, которые удобнее для последующего разбора. Примерами лексем являются основные ключевые слова, идентификаторы, константные значения (числа, строки, логические) и т.п.

На этапе лексического анализа обычно также выполняются такие действия, как удаление комментариев и обработка директив условной компиляции.

Для отображения некоторых лексем достаточно всего одного числа (это может быть, например, номер ключевого слова согласно внутренней нумерации компилятора), в то время как для записи других лексем может потребоваться пара, состоящая из номера лексического класса и ссылки в таблицу внешних представлений. Хорошая модель лексического анализатора - конечный преобразователь.

Лексический анализ будет подробно рассмотрен в "Лексический анализ" .

Синтаксический анализ

Синтаксический анализатор (syntax analyzer, parser) получает на вход результат работы лексического анализатора и разбирает его в соответствии с некоторой грамматикой. Эта грамматика аналогична грамматике, используемой при описании входного языка. Однако грамматика входного языка обычно не уточняет, какие конструкции следует считать лексемами.

Синтаксический анализ является одной из наиболее формализованных и хорошо изученных фаз компиляции. "Теория языков" посвящена математическому аппарату, используемому при описании языков и создании синтаксических анализаторов. Различные методы построения синтаксических анализаторов будут рассмотрены в "Синтаксические анализаторы. Нисходящие анализаторы" , "Восходящие анализаторы" и "Грамматики и YACC" .

После синтаксического анализа можно считать, что исходная программа преобразована в некоторое промежуточное представление. Некоторые распространенные формы промежуточного представления программы будут рассмотрены в "Семантический анализ. Внутреннее представление" . Пока же мы остановимся на одной форме промежуточного представления, которая будет использована в нашем курсе, - на дереве разбора программы (иногда его также называют синтаксическим деревом). В дереве разбора программы внутренние узлы соответствуют операциям, а листья представляют операнды.

Видозависимый анализ

Видозависимый анализ (type checking) , иногда также называемый семантическим анализом (semantic analysis) , обычно заключается в проверке правильности типов данных, используемых в программе. Кроме того, на этом этапе компилятор должен также проверить, соблюдаются ли определенные контекстные условия входного языка. В современных языках программирования одним из примеров контекстных условий может служить обязательность описания переменных: для каждого использующего вхождения идентификатора должно существовать единственное определяющее вхождение. Другой пример контекстного условия: число и атрибуты фактических параметров вызова процедуры должны быть согласованы с определением этой процедуры.

Такие контекстные условия не всегда могут быть проверены во время синтаксического анализа и потому обычно выделяются в отдельную фазу. Эта фаза компиляции подробно обсуждается в "Семантический анализ. Внутреннее представление" .

Оптимизация кода

Основная цель фазы оптимизации (code optimization) заключается в преобразовании промежуточного представления программы в целях повышения эффективности результирующей объектной программы. Отметим, что существуют различные критерии эффективности, например, скорость исполнения или объем памяти, требуемый программе. Очевидно, что все преобразования, осуществляемые на фазе оптимизации, должны приводить к программе, эквивалентной исходной.

Некоторые оптимизации тривиальны, другие требуют достаточно сложного анализа программы. В "Оптимизация" и "Анализ потока управления" мы рассмотрим анализ потоков управления программы и анализ потоков данных. Затем в "Анализ потоков данных" мы рассмотрим сам этап оптимизации программ и рассмотрим наиболее распространенные оптимизации:

• константные вычисления
• уменьшение силы операций
• выделение общих подвыражений
• чистка циклов и т.д.