Общая схема трансляции.

Общая схема работы транслятора

На рисунке представлена общая схема работы компилятора. Из нее видно, что в це­лом процесс компиляции состоит из двух основных этапов — анализа и синтеза. На этапе анализа выполняется распознавание текста исходной программы, соз­дание и заполнение таблиц идентификаторов. Результатом его работы служит некое внутреннее представление программы, понятное компилятору. На этапе синтеза на основании внутреннего представления программы и инфор­мации, содержащейся в таблице идентификаторов, порождается текст результи­рующей программы. Результатом этого этапа является объектный код. Кроме того, в составе компилятора присутствует часть, ответственная за анализ и исправление ошибок, которая при наличии ошибки в тексте исходной программы должна максимально полно информировать пользователя о типе ошиб­ки и месте ее возникновения. В лучшем случае компилятор может предложить пользователю вариант исправления ошибки.

Эти этапы, в свою очередь, состоят из более мелких этапов, называемых фазами компиляции. Состав фаз компиляции на рисунке приведен в самом общем виде, их конкретная реализация и процесс взаимодействия могут, конечно, различать­ся в зависимости от версии компилятора. Однако в том или ином виде все пред­ставленные фазы практически всегда присутствуют в каждом конкретном ком­пиляторе.

Общая схема работы компилятора

Компилятор в целом с точки зрения теории формальных языков выступает в «двух ипостасях», выполняет две основные функции.

Во-первых, он является распознавателем для языка исходной программы. То есть он должен получить на вход цепочку символов входного языка, проверить ее принадлежность языку и, более того, выявить правила, по которым эта цепоч­ка была построена (поскольку на вопрос о принадлежности сам ответ «да» или «нет» представляет мало интереса). Интересно, что генератором цепочек входного языка выступает пользователь — автор исходной программы.

Во-вторых, компилятор является генератором для языка результирующей про­граммы. Он должен построить на выходе цепочку выходного языка по определенным правилам, предполагаемым языком машинных команд или языком ассемб­лера. В случае машинных команд распознавателем этой цепочки будет высту­пать целевая вычислительная система, под которую создается результирующая

программа.

Далее дается перечень основных фаз (частей) компиляции и краткое описание их функций. Более подробная информация дана в главах данной книги, соответ­ствующих этим фазам.

Лексический анализ (сканер) — это часть компилятора, которая читает литеры программы на исходном языке и строит из них слова (лексемы) исходного языка. На вход лексического анализатора поступает текст исходной программы, а выход­ная информация передается для дальнейшей обработки компилятором на этапе синтаксического разбора. С теоретической точки зрения лексический анализа­тор не является обязательной, необходимой частью компилятора. Однако суще­ствуют причины, которые определяют его присутствие практически во всех ком­пиляторах.

Синтаксический разбор — это основная часть компилятора на этапе анализа. Она, выполняет выделение синтаксических конструкций в тексте исходной программы, обработанном лексическим анализатором. На этой же фазе компиляции прове­ряется синтаксическая правильность программы. Синтаксический разбор играет главную роль — роль распознавателя текста входного языка программирования.

Семантический анализ — это часть компилятора, проверяющая правильность текста исходной программы с точки зрения семантики входного языка. Кроме непосредственно проверки семантический анализ должен выполнять преобразо­вания текста, требуемые семантикой входного языка (например, такие, как до­бавление функций неявного преобразования типов). В различных реализациях компиляторов семантический анализ может частично входить в фазу синтаксиче­ского разбора, частично — в фазу подготовки к генерации кода.

Подготовка к генерации кода — это фаза, на которой компилятором выполняют­ся предварительные действия, непосредственно связанные с синтезом текста ре­зультирующей программы, но еще не ведущие к порождению текста на выход­ном языке. Обычно в эту фазу входят действия, связанные с идентификацией элементов языка, распределением памяти и т. п.

Генерация кода — это фаза, непосредственно связанная с порождением команд, составляющих, предложения выходного языка и в целом текст результирующей программы. Это основная фаза на этапе синтеза результирующей программы. Кроме непосредственного порождения текста результирующей программы гене­рация обычно включает в себя также оптимизацию — процесс, связанный с обра­боткой уже порожденного текста. Иногда оптимизацию выделяют в отдельную фазу компиляции, так как она оказывает существенное влияние на качество и эф­фективность результирующей программы.

Таблицы идентификаторов (иногда — «таблицы символов») — это специальным образом организованные наборы данных, служащие для хранения информации об элементах исходной программы, которые затем используются для порожде­ния текста результирующей программы. В конкретной реализации компилятора может быть как одна, так и несколько таблиц идентификаторов. Элементами исход­ной программы, информацию о которых необходимо хранить в процессе компи­ляции, являются переменные, константы, функции и т. п. — конкретный состав набора элементов зависит от используемого входного языка программирования. Понятие «таблицы» вовсе не предполагает, что это хранилище данных должно быть организовано именно в виде таблиц или других массивов информации — возможные методы их организации подробно рассмотрены далее, в разделе «Таб­лицы идентификаторов. Организация таблиц идентификаторов». Представленное на рисунке деление процесса компиляции на фазы служит ско­рее методическим целям и на практике может не соблюдаться столь строго. Далее в главах и разделах этого учебного пособия рассматриваются различные вариан­ты технической организации представленных фаз компиляции. При этом указа­но, как они могут быть связаны между собой. Здесь рассмотрим только общие аспекты такого рода взаимосвязи.

Во-первых, на фазе лексического анализа лексемы выделяются из текста входной программы постольку, поскольку они необходимы для следующей фазы синтак­сического разбора. Во-вторых, синтаксический разбор и генерация кода могут выполняться одновременно. Таким образом, эти три фазы компиляции могут работать комбинированно, а вместе с ними может выполнять­ся и подготовка к генерации кода. Далее рассмотрены технические вопросы реа­лизации основных фаз компиляции, которые тесно связаны с понятием прохода.