Фазы компилятора с примером: процесс и шаги компиляции

Все эти этапы преобразуют исходный код путем разделения на токены, создания деревьев разбора и оптимизации исходного кода на разных этапах.

Этап 1: Лексический анализ

Лексический анализ — это первый этап, когда компилятор сканирует исходный код. Этот процесс можно выполнять слева направо, символ за символом, и группировать эти символы в токены.
Здесь поток символов из исходной программы группируется в значимые последовательности путем идентификации токенов. Он вносит соответствующие билеты в таблицу символов и передает этот токен на следующий этап.
Основными функциями этого этапа являются:

• Определить лексические единицы в исходном коде
• Классифицируйте лексические единицы по классам, таким как константы, зарезервированные слова, и вводите их в разные таблицы. Он будет игнорировать комментарии в исходной программе.
• Определить токен, который не является частью языка

Пример:
х = у + 10

Лексемы

X	идентификатор
=	Оператор присваивания
Y	идентификатор
+	Оператор сложения
10	Номер регистрации

Этап 2: Синтаксический анализ

Синтаксический анализ направлен на обнаружение структуры кода. Он определяет, соответствует ли текст ожидаемому формату. Основная цель этого этапа — убедиться, что исходный код написан программистом правильно или нет.
Синтаксический анализ основан на правилах, основанных на конкретном языке программирования, путем построения дерева разбора с помощью токенов. Он также определяет структуру исходного языка и грамматику или синтаксис языка.
Вот список задач, выполняемых на этом этапе:

• Получить токены от лексического анализатора
• Проверяет, является ли выражение синтаксически правильным или нет.
• Сообщать обо всех синтаксических ошибках
• Постройте иерархическую структуру, известную как дерево разбора.

Пример

Любой идентификатор/число является выражением
Если x — идентификатор, а y+10 — выражение, то x= y+10 — оператор.
Рассмотрим дерево разбора для следующего примера

(a+b)*c

В дереве разбора

• Внутренний узел: запись с полем оператора и двумя дочерними файлами.
• Лист: записи с 2/более полями; один для токена и другой информации о токене
• Убедитесь, что компоненты программы содержательно сочетаются друг с другом.
• Собирает информацию о типах и проверяет совместимость типов.
• Проверяет, что операнды разрешены исходным языком

Этап 3: Семантический анализ

Семантический анализ проверяет семантическую согласованность кода. Он использует синтаксическое дерево предыдущего этапа вместе с таблицей символов для проверки семантической согласованности данного исходного кода. Он также проверяет, передает ли код соответствующее значение.
Семантический анализатор проверит несоответствие типов, несовместимые операнды, функцию, вызванную с неправильными аргументами, необъявленную переменную и т. д.
Функции этапа семантического анализа:

• Помогает хранить собранную информацию о типах и сохранять ее в таблице символов или синтаксическом дереве.
• Позволяет выполнять проверку типа
• В случае несовпадения типов, когда нет точных правил исправления типов, удовлетворяющих желаемой операции, отображается семантическая ошибка.
• Собирает информацию о типе и проверяет совместимость типов.
• Проверяет, разрешает ли исходный язык операнды или нет.

Пример

float x = 20.2;
float y = x*30;

В приведенном выше коде семантический анализатор преобразует целое число 30 в число с плавающей запятой 30.0 перед умножением.

Этап 4: Промежуточная генерация кода

После завершения этапа семантического анализа компилятор генерирует промежуточный код для целевой машины. Он представляет собой программу для некоторой абстрактной машины.
Промежуточный код находится между языком высокого уровня и языком машинного уровня. Этот промежуточный код должен быть сгенерирован таким образом, чтобы его можно было легко преобразовать в целевой машинный код.
Функции генерации промежуточного кода:

• Он должен быть сгенерирован из семантического представления исходной программы.
• Содержит значения, вычисленные в процессе перевода.
• Помогает вам перевести промежуточный код на целевой язык.
• Позволяет поддерживать порядок приоритета исходного языка.
• Он содержит правильное количество операндов инструкции.

Пример

Например,

total = count + rate * 5

Промежуточный код с помощью метода адресного кода:

 
t1 := int_to_float(5) 
t2 := rate * t1 
t3 := count + t2
total := t3

Этап 5: Оптимизация кода

Следующий этап — оптимизация кода или промежуточный код. На этом этапе удаляется ненужная строка кода и упорядочивается последовательность операторов, чтобы ускорить выполнение программы без потери ресурсов. Основная цель этого этапа — улучшить промежуточный код для создания кода, который работает быстрее и занимает меньше места.
Основными функциями этого этапа являются:

• Это помогает вам найти компромисс между скоростью выполнения и компиляции.
• Улучшает время работы целевой программы
• Генерирует оптимизированный код, все еще находящийся в промежуточном представлении.
• Удаление недостижимого кода и избавление от неиспользуемых переменных
• Удаление операторов, которые не изменяются из цикла

Пример:
Рассмотрим следующий код

a = intofloat(10)
b = c * a
d = e + b
f = d

Может стать

b =c * 10.0
f = e+b

Этап 6: Генерация кода

Генерация кода — это последний и заключительный этап работы компилятора. Он получает входные данные от этапов оптимизации кода и в результате создает код страницы или объектный код. Целью этого этапа является выделение памяти и создание перемещаемого машинного кода.
Он также выделяет ячейки памяти для переменной. Инструкции промежуточного кода преобразуются в машинные инструкции. На этом этапе оптимизируемый или промежуточный код преобразуется в целевой язык.
Целевой язык — машинный код. Таким образом, на этом этапе также выбираются и распределяются все ячейки памяти и регистры. Код, сгенерированный на этом этапе, выполняется для приема входных данных и генерации ожидаемых выходных данных.

Пример

а = б + 60.0
Возможно было бы переведено в регистры.

MOVF a, R1
MULF #60.0, R2
ADDF R1, R2

Управление таблицей символов

Таблица символов содержит запись для каждого идентификатора с полями для атрибутов идентификатора. Этот компонент упрощает компилятору поиск записи идентификатора и быстрое ее извлечение. Таблица символов также поможет вам в управлении областью действия. Таблица символов и обработчик ошибок взаимодействуют со всеми фазами и обновлением таблицы символов соответственно.

Процедура обработки ошибок

В процессе разработки компилятора ошибка может возникнуть на всех следующих этапах:

• Лексический анализатор: Неправильно написанные токены
• Анализатор синтаксиса: отсутствует скобка
• Генератор промежуточного кода: несовпадающие операнды для оператора
• Оптимизатор кода: когда оператор недоступен
• Code Generator: Когда память заполнена или не выделены нужные регистры.
• Таблицы символов: ошибка нескольких объявленных идентификаторов

Наиболее распространенными ошибками являются недопустимая последовательность символов при сканировании, недопустимые последовательности токенов в типе, ошибка области и синтаксический анализ при семантическом анализе.
Ошибка может возникнуть на любом из вышеуказанных этапов. После обнаружения ошибок на этом этапе необходимо разобраться с ошибками, чтобы продолжить процесс компиляции. Об этих ошибках необходимо сообщить обработчику ошибок, который обрабатывает ошибку для выполнения процесса компиляции. Обычно об ошибках сообщается в виде сообщения.

Резюме

• Компилятор работает на различных этапах, каждый этап преобразует исходную программу из одного представления в другое.
• Шесть этапов дизайн компилятора 1) Лексический анализ 2) Синтаксический анализ 3) Семантический анализ 4) Генератор промежуточного кода 5) Оптимизатор кода 6) Код Generator
• Лексический анализ — это первый этап, когда компилятор сканирует исходный код.
• Синтаксический анализ – это обнаружение структуры в тексте.
• Семантический анализ проверяет семантическую согласованность кода.
• После завершения фазы семантического анализа компилятор сгенерирует промежуточный код для целевой машины.
• Фаза оптимизации кода удаляет ненужную строку кода и упорядочивает последовательность операторов.
• Фаза генерации кода получает входные данные от фазы оптимизации кода и в результате создает код страницы или объектный код.
• Таблица символов содержит запись для каждого идентификатора с полями для атрибутов идентификатора.
• Процедура обработки ошибок обрабатывает ошибки и сообщает о них на многих этапах.