編譯程序是一種翻譯程序，編譯程序是將一種語(yǔ)言形式翻譯成另一種語(yǔ)言形式。它將高級(jí)語(yǔ)言所寫(xiě)的源程序翻譯成等價(jià)的機(jī)器語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言的目標(biāo)程序。

整個(gè)編譯過(guò)程一般可以劃分為 5 個(gè)階段：詞法分析、語(yǔ)法分析、語(yǔ)義分析及中間代碼生成、中間代碼優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成。我們以一個(gè)簡(jiǎn)單的程序段為例，分別介紹這 5 個(gè)階段所完成的任務(wù)。例如，計(jì)算圓柱體表面積的程序段如下：

float r,h,s;
s = 2 * 3.1416 * r * (h + r);

詞法分析

詞法分析階段的任務(wù)是對(duì)構(gòu)成源程序的字符串進(jìn)行從左到右的掃描和分解，根據(jù)語(yǔ)言的詞法規(guī)則，識(shí)別出一個(gè)一個(gè)具有獨(dú)立意義的單詞（也稱單詞符號(hào)，簡(jiǎn)稱符號(hào)）。

語(yǔ)言的詞法規(guī)則是單詞符號(hào)的形成規(guī)則，它規(guī)定了哪些字符串構(gòu)成一個(gè)單詞符號(hào)。上述源程序通過(guò)詞法分析，根據(jù)語(yǔ)言的詞法規(guī)則識(shí)別出如下單詞符號(hào)：

• 基本字（關(guān)鍵字） float
• 標(biāo)識(shí)符 r，h，s
• 常數(shù) 3.1416，2
• 運(yùn)算符 *，+
• 界符 () ; ,

單詞符號(hào)的類型有：關(guān)鍵字、標(biāo)識(shí)符、常數(shù)、運(yùn)算符、界符。

語(yǔ)法分析

語(yǔ)法分析的任務(wù)是在詞法分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則，從單詞符號(hào)串中識(shí)別出各種語(yǔ)法單位（如表達(dá)式、說(shuō)明、 語(yǔ)句等）并進(jìn)行語(yǔ)法檢查，即檢查各種語(yǔ)法單位在語(yǔ)法結(jié)構(gòu)上的正確性。

語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則是語(yǔ)法單位的形成規(guī)則。它規(guī)定了如何從單詞符號(hào)形成語(yǔ)法單位。上述源程序通過(guò)語(yǔ)法分析，根據(jù)語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則識(shí)別單詞符號(hào)串 s = 2 * 3.1416 * r * (h + r)，其中 s 是 <變量>，單詞符號(hào)串 2 * 3.1416 * r * (h + r) 組合成 <表達(dá)式 > 這樣的語(yǔ)法單位， 則由 <變量> = <表達(dá)式> 構(gòu)成 <賦值語(yǔ)句> 這樣的語(yǔ)法單位。在識(shí)別各類語(yǔ)法單位的同時(shí)進(jìn)行語(yǔ)法檢查，可以看到上述源程序是一個(gè)語(yǔ)法上正確的程序。

語(yǔ)義分析及中間代碼生成

定義一種語(yǔ)言除了要求定義語(yǔ)法外，還要求定義其語(yǔ)義，即對(duì)語(yǔ)言的各種語(yǔ)法單位賦予具體的意義。

語(yǔ)義分析的任務(wù)是首先對(duì)每種語(yǔ)法單位進(jìn)行靜態(tài)的語(yǔ)義審查，然后分析其含義，并用另一種語(yǔ)言形式（比源語(yǔ)言更接近于目標(biāo)語(yǔ)言的一種中間代碼或直接用目標(biāo)語(yǔ)言）來(lái)描述這種語(yǔ)義。例如，上述源程序中，賦值語(yǔ)句的語(yǔ)義為：計(jì)算賦值號(hào)右邊表達(dá)式的值，并把它送到賦值號(hào)左邊的變量所確定的內(nèi)存單元中。語(yǔ)義分析時(shí)，先檢查賦值號(hào)右邊表達(dá)式和左邊變量的類型是否一致，然后再根據(jù)賦值語(yǔ)句的語(yǔ)義，對(duì)它進(jìn)行翻譯可得到如下形式的四元式中間代碼：

其中，T1、T2、T3、T4 是編譯程序引進(jìn)的臨時(shí)變量，存放每條指令的運(yùn)算結(jié)果。上述每一個(gè)四元式所表示的語(yǔ)義為：

這樣，我們將源語(yǔ)言形式的賦值語(yǔ)句翻譯為四元式表示的另一種語(yǔ)言形式，這兩種語(yǔ)言在結(jié)構(gòu)形式上是不同的，但在語(yǔ)義上是等價(jià)的。

中間代碼優(yōu)化

中間代碼優(yōu)化的任務(wù)是對(duì)前階段產(chǎn)生的中間代碼進(jìn)行等價(jià)變換或改造，以期獲得更為高效的，節(jié)省時(shí)間和空間的目標(biāo)代碼。優(yōu)化主要包括局部?jī)?yōu)化和循環(huán)優(yōu)化等，例如上述四元式經(jīng)局部?jī)?yōu)化后得：

其中，2 和 3.1416 兩個(gè)運(yùn)算對(duì)象都是編譯時(shí)的已知量，在編譯時(shí)就可計(jì)算出它的值 6.28，而不必等到程序運(yùn)行時(shí)再計(jì)算，即不必生成（*，2，3.1416，T1）的運(yùn)算指令。

目標(biāo)代碼生成

目標(biāo)代碼生成的任務(wù)是將中間代碼變換成特定機(jī)器上的絕對(duì)指令代碼或可重定位的指令代碼或匯編指令代碼。

表格管理 & 錯(cuò)誤處理

在編譯程序的各個(gè)階段中，都要涉及表格管理和錯(cuò)誤處理。

編譯程序的重要功能之一，是記錄源程序中所使用的變量的名字，并且收集與名字屬性相關(guān)的各種信息。名字屬性包括一個(gè)名字的存儲(chǔ)分配、類型、作用域等信息。如果名字是一個(gè)函數(shù)名，還會(huì)包括其參數(shù)數(shù)量、類型、參數(shù)的傳遞方式以及返回類型等信息。符號(hào)表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以為變量名字創(chuàng)建記錄條目，來(lái)登記源程序中所提供的或在編譯過(guò)程中所產(chǎn)生的這些信息，編譯程序在工作過(guò)程的各個(gè)階段需要構(gòu)造、查找、修改或存取有關(guān)表格中的信息，因此在編譯程序中必須有一組管理各種表格的程序。

如果編譯程序只處理正確的程序，那么它的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)將會(huì)大大簡(jiǎn)化。但是程序設(shè)計(jì)人員還期望編譯程序能夠幫助定位和跟蹤錯(cuò)誤。無(wú)論程序員如何努力，程序中難免總會(huì)有錯(cuò)誤出現(xiàn)。雖然錯(cuò)誤很常見(jiàn)，但很少有語(yǔ)言在設(shè)計(jì)的時(shí)候就考慮到錯(cuò)誤處理問(wèn)題。大部分程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的規(guī)范沒(méi)有規(guī)定編譯程序應(yīng)該如何處理錯(cuò)誤；錯(cuò)誤處理方法由編譯程序的設(shè)計(jì)者決定。 因此，從一開(kāi)始就計(jì)劃好如何進(jìn)行錯(cuò)誤處理，不僅可以簡(jiǎn)化編譯程序的結(jié)構(gòu)，還可以改進(jìn)錯(cuò)誤處理方法。一個(gè)好的編譯程序在編譯過(guò)程中， 應(yīng)具有廣泛的程序查錯(cuò)能力，并能準(zhǔn)確地報(bào)告錯(cuò)誤的種類及出錯(cuò)位置，以便用戶查找和糾正，因此在編譯程序中還必須有一個(gè)出錯(cuò)處理程序。

編譯程序

編譯過(guò)程的這 5 個(gè)階段的任務(wù)分別由 5 個(gè)程序完成，這 5 個(gè)程序分別稱為詞法分析程序、語(yǔ)法分析程序、語(yǔ)義分析及中間
代碼生成程序、中間代碼優(yōu)化程序和目標(biāo)代碼生成程序，另外再加上表格管理程序和出錯(cuò)處理程序。這些程序便是編譯程
序的主要組成部分，一個(gè)典型編譯程序的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。

需要注意的是，圖中所給出的各個(gè)階段之間的關(guān)系是指它們之間的邏輯關(guān)系，不一定是執(zhí)行時(shí)間上的先后關(guān)系。實(shí)際
上，可按不同的執(zhí)行流程來(lái)組織上述各階段的工作，這在很大程度上依賴于編譯過(guò)程中對(duì)源程序掃描的遍數(shù)以及如何劃分各遍掃描所進(jìn)行的工作。

此處所說(shuō)的 “遍”，是指對(duì)源程序或其等價(jià)的中間語(yǔ)言程序從頭到尾掃描一遍，并完成規(guī)定加工處理工作的過(guò)程。例如，可以將前述 5 個(gè)階段的工作結(jié)合在一起，對(duì)源程序從頭到尾掃描一遍來(lái)完成編譯的各項(xiàng)工作，這種編譯程序稱為一遍掃描的編譯程序。對(duì)于某些程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，用一遍掃描的編譯程序去實(shí)現(xiàn)比較困難，可采用多遍掃描的編譯程序結(jié)構(gòu)，每遍可完成上述某個(gè)階段的一部分、全部或多個(gè)階段的工作，且每一遍的工作是從前一遍獲得的工作結(jié)果開(kāi)始的，最后一遍的工作結(jié)果是目標(biāo)語(yǔ)言程序，第一遍的輸入則是用戶書(shū)寫(xiě)的源程序。

多遍掃描的編譯程序較一遍掃描的編譯程序少占存儲(chǔ)空間，遍數(shù)多一些，可使各遍所要完成的功能獨(dú)立而單純，其編譯程序邏輯結(jié)構(gòu)清晰，但遍數(shù)多勢(shì)必增加輸入輸出開(kāi)銷，這將降低編譯效率。一個(gè)編譯程序究竟應(yīng)分成幾遍和它所面臨的源語(yǔ)言的特征、機(jī)器規(guī)模、設(shè)計(jì)的目標(biāo)等因素有關(guān)，很難統(tǒng)一劃定。一般在主存可能的前提下，還是遍數(shù)少一點(diǎn)為好。

參考資料

《編譯原理（第4版）》1.2 編譯過(guò)程和編譯程序的基本結(jié)構(gòu)文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-491604.html

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