ขั้นตอนของคอมไพเลอร์พร้อมตัวอย่าง: กระบวนการและขั้นตอนการคอมไพล์

ขั้นตอนทั้งหมดเหล่านี้จะแปลงซอร์สโค้ดโดยแบ่งออกเป็นโทเค็น การสร้างแผนผังการแยกวิเคราะห์ และเพิ่มประสิทธิภาพซอร์สโค้ดตามเฟสต่างๆ

ระยะที่ 1: การวิเคราะห์คำศัพท์

การวิเคราะห์คำศัพท์เป็นระยะแรกที่คอมไพเลอร์สแกนซอร์สโค้ด กระบวนการนี้สามารถจากซ้ายไปขวา ทีละอักขระ และจัดกลุ่มอักขระเหล่านี้เป็นโทเค็น
ในที่นี้ สตรีมอักขระจากโปรแกรมต้นทางจะถูกจัดกลุ่มตามลำดับที่มีความหมายโดยการระบุโทเค็น โดยจะทำการป้อนตั๋วที่เกี่ยวข้องลงในตารางสัญลักษณ์และส่งโทเค็นนั้นไปยังเฟสถัดไป
หน้าที่หลักของเฟสนี้คือ:

• ระบุหน่วยคำศัพท์ในซอร์สโค้ด
• จำแนกหน่วยคำศัพท์ออกเป็นคลาสต่างๆ เช่น ค่าคงที่ คำสงวน และป้อนลงในตารางต่างๆ มันจะไม่สนใจความคิดเห็นในโปรแกรมต้นฉบับ
• ระบุโทเค็นที่ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของภาษา

ตัวอย่าง:
x = y + 10

ราชสกุล

ขั้นตอนที่ 2: การวิเคราะห์ไวยากรณ์

การวิเคราะห์ไวยากรณ์เป็นเรื่องเกี่ยวกับการค้นหาโครงสร้างในโค้ด จะกำหนดว่าข้อความเป็นไปตามรูปแบบที่คาดหวังหรือไม่ จุดประสงค์หลักของระยะนี้คือเพื่อให้แน่ใจว่าซอร์สโค้ดที่เขียนโดยโปรแกรมเมอร์นั้นถูกต้องหรือไม่
การวิเคราะห์ไวยากรณ์จะขึ้นอยู่กับกฎที่อิงตามภาษาโปรแกรมเฉพาะโดยการสร้างแผนผังการแยกวิเคราะห์ด้วยความช่วยเหลือของโทเค็น นอกจากนี้ยังกำหนดโครงสร้างของภาษาต้นฉบับและไวยากรณ์หรือไวยากรณ์ของภาษาด้วย
นี่คือรายการงานที่ดำเนินการในระยะนี้:

• รับโทเค็นจากตัววิเคราะห์คำศัพท์
• ตรวจสอบว่านิพจน์มีความถูกต้องทางวากยสัมพันธ์หรือไม่
• รายงานข้อผิดพลาดทางไวยากรณ์ทั้งหมด
• สร้างโครงสร้างลำดับชั้นซึ่งเรียกว่าโครงสร้างการแยกวิเคราะห์

ตัวอย่าง

ตัวระบุ/หมายเลขใดๆ ถือเป็นนิพจน์
ถ้า x เป็นตัวระบุ และ y+10 เป็นนิพจน์ ดังนั้น x= y+10 จะเป็นคำสั่ง
พิจารณาการแยกวิเคราะห์ต้นไม้สำหรับตัวอย่างต่อไปนี้

(a+b)*c

ในต้นไม้พาร์ส

• โหนดภายใน: บันทึกด้วยไฟล์ตัวดำเนินการและไฟล์สองไฟล์สำหรับเด็ก
• Leaf: บันทึกที่มี 2 ช่องขึ้นไป หนึ่งอันสำหรับโทเค็นและข้อมูลอื่น ๆ เกี่ยวกับโทเค็น
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าองค์ประกอบของโปรแกรมเข้ากันได้อย่างมีความหมาย
• รวบรวมข้อมูลประเภทและตรวจสอบความเข้ากันได้ของประเภท
• ตรวจสอบว่าตัวดำเนินการได้รับอนุญาตจากภาษาต้นฉบับหรือไม่

ระยะที่ 3: การวิเคราะห์เชิงความหมาย

การวิเคราะห์เชิงความหมายจะตรวจสอบความสอดคล้องเชิงความหมายของโค้ด ใช้แผนผังไวยากรณ์ของเฟสก่อนหน้าพร้อมกับตารางสัญลักษณ์เพื่อตรวจสอบว่าซอร์สโค้ดที่กำหนดมีความสอดคล้องทางความหมาย นอกจากนี้ยังตรวจสอบว่าโค้ดสื่อความหมายที่เหมาะสมหรือไม่
Semantic Analyzer จะตรวจสอบความไม่ตรงกันของประเภท ตัวดำเนินการที่เข้ากันไม่ได้ ฟังก์ชันที่เรียกด้วยอาร์กิวเมนต์ที่ไม่เหมาะสม ตัวแปรที่ไม่ได้ประกาศ ฯลฯ
หน้าที่ของขั้นตอนการวิเคราะห์ความหมายคือ:

• ช่วยให้คุณจัดเก็บข้อมูลประเภทที่รวบรวมและบันทึกไว้ในตารางสัญลักษณ์หรือแผนผังไวยากรณ์
• ช่วยให้คุณสามารถดำเนินการตรวจสอบประเภทได้
• ในกรณีที่มีประเภทไม่ตรงกัน ซึ่งไม่มีกฎการแก้ไขประเภทที่แน่นอนที่ตอบสนองการดำเนินการที่ต้องการ จะแสดงข้อผิดพลาดด้านความหมาย
• รวบรวมข้อมูลประเภทและตรวจสอบความเข้ากันได้ของประเภท
• ตรวจสอบว่าภาษาต้นฉบับอนุญาตให้ใช้ตัวดำเนินการหรือไม่

ตัวอย่าง

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

ในโค้ดข้างต้น ตัววิเคราะห์ความหมายจะพิมพ์จำนวนเต็ม 30 ให้ลอย 30.0 ก่อนการคูณ

ระยะที่ 4: ระดับกลาง Code รุ่น

เมื่อขั้นตอนการวิเคราะห์ความหมายเสร็จสิ้น คอมไพเลอร์จะสร้างโค้ดระดับกลางสำหรับเครื่องเป้าหมาย ซึ่งแสดงถึงโปรแกรมสำหรับเงื่อนไขสัมบูรณ์บางประการtracเครื่องจักร t
รหัสระดับกลางอยู่ระหว่างภาษาระดับสูงและระดับเครื่อง โค้ดระดับกลางนี้จำเป็นต้องสร้างขึ้นในลักษณะที่ทำให้ง่ายต่อการแปลเป็นโค้ดเครื่องเป้าหมาย
ฟังก์ชันในระดับกลาง Code รุ่น:

• ควรสร้างขึ้นจากการแสดงความหมายของซอร์สโปรแกรม
• เก็บค่าที่คำนวณระหว่างกระบวนการแปล
• ช่วยให้คุณแปลโค้ดระดับกลางเป็นภาษาเป้าหมาย
• ช่วยให้คุณรักษาลำดับความสำคัญของภาษาต้นฉบับได้
• มันถือจำนวนตัวดำเนินการของคำสั่งที่ถูกต้อง

ตัวอย่าง

ตัวอย่างเช่น

total = count + rate * 5

รหัสระดับกลางโดยใช้วิธีรหัสที่อยู่คือ:

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

เฟส 5: Code การเพิ่มประสิทธิภาพ

ขั้นตอนต่อไปคือการเพิ่มประสิทธิภาพโค้ดหรือโค้ดระดับกลาง ระยะนี้จะลบบรรทัดโค้ดที่ไม่จำเป็นออก และจัดเรียงลำดับของคำสั่งเพื่อเร่งการทำงานของโปรแกรมโดยไม่เปลืองทรัพยากร เป้าหมายหลักของระยะนี้คือการปรับปรุงโค้ดระดับกลางเพื่อสร้างโค้ดที่ทำงานเร็วขึ้นและใช้พื้นที่น้อยลง
หน้าที่หลักของเฟสนี้คือ:

• ช่วยให้คุณสร้างการแลกเปลี่ยนระหว่างความเร็วในการประมวลผลและความเร็วในการคอมไพล์
• ปรับปรุงเวลาการทำงานของโปรแกรมเป้าหมาย
• สร้างโค้ดที่มีความคล่องตัวซึ่งยังคงอยู่ในการแสดงระดับกลาง
• การลบโค้ดที่ไม่สามารถเข้าถึงได้และกำจัดตัวแปรที่ไม่ได้ใช้
• การลบคำสั่งที่ไม่ได้รับการแก้ไขออกจากลูป

ตัวอย่าง:
ลองพิจารณาโค้ดต่อไปนี้

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

สามารถกลายเป็น

b =c * 10.0
f = e+b

เฟส 6: Code รุ่น

Code การสร้างโค้ด (Generation) เป็นขั้นตอนสุดท้ายของกระบวนการคอมไพเลอร์ โดยจะรับข้อมูลจากขั้นตอนการปรับแต่งโค้ด และสร้างโค้ดเพจหรือโค้ดออบเจ็กต์ออกมาเป็นผลลัพธ์ วัตถุประสงค์ของขั้นตอนนี้คือการจัดสรรพื้นที่จัดเก็บและสร้างโค้ดเครื่องที่สามารถย้ายตำแหน่งได้
นอกจากนี้ยังจัดสรรตำแหน่งหน่วยความจำสำหรับตัวแปรด้วย คำแนะนำในโค้ดระดับกลางจะถูกแปลงเป็นคำสั่งเครื่อง ระยะนี้ครอบคลุมโค้ดเพิ่มประสิทธิภาพหรือโค้ดระดับกลางเป็นภาษาเป้าหมาย
ภาษาเป้าหมายคือรหัสเครื่อง ดังนั้น ตำแหน่งหน่วยความจำและรีจิสเตอร์ทั้งหมดจึงถูกเลือกและจัดสรรในระหว่างระยะนี้ด้วย รหัสที่สร้างโดยเฟสนี้จะถูกดำเนินการเพื่อรับอินพุตและสร้างเอาต์พุตที่คาดหวัง

ตัวอย่าง

ก = ข + 60.0
อาจจะแปลเป็นทะเบียนได้

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

การจัดการตารางสัญลักษณ์

ตารางสัญลักษณ์ประกอบด้วยบันทึกสำหรับตัวระบุแต่ละตัวพร้อมช่องสำหรับแอตทริบิวต์ของตัวระบุ ส่วนประกอบนี้ช่วยให้คอมไพเลอร์ค้นหาบันทึกตัวระบุและดึงข้อมูลได้อย่างรวดเร็วยิ่งขึ้น ตารางสัญลักษณ์ยังช่วยคุณในการจัดการขอบเขตอีกด้วย ตารางสัญลักษณ์และตัวจัดการข้อผิดพลาดโต้ตอบกับเฟสทั้งหมดและการอัปเดตตารางสัญลักษณ์ตามลำดับ

เกิดข้อผิดพลาดในการจัดการกิจวัตร

ในขั้นตอนการออกแบบคอมไพลเลอร์อาจเกิดข้อผิดพลาดในทุกขั้นตอนด้านล่าง:

• ตัววิเคราะห์คำศัพท์: โทเค็นสะกดผิด
• ตัววิเคราะห์ไวยากรณ์: ไม่มีวงเล็บ
• เครื่องกำเนิดโค้ดระดับกลาง: ตัวดำเนินการที่ไม่ตรงกันสำหรับตัวดำเนินการ
• Code ตัวปรับแต่งประสิทธิภาพ: เมื่อไม่สามารถเข้าถึงคำสั่งได้
• Code Generator: เมื่อหน่วยความจำเต็มหรือการลงทะเบียนที่เหมาะสมจะไม่ได้รับการจัดสรร
• ตารางสัญลักษณ์: ข้อผิดพลาดของตัวระบุที่ประกาศหลายรายการ

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดคือลำดับอักขระที่ไม่ถูกต้องในการสแกน ลำดับโทเค็นที่ไม่ถูกต้องในประเภท ข้อผิดพลาดของขอบเขต และการแยกวิเคราะห์ในการวิเคราะห์เชิงความหมาย
ข้อผิดพลาดอาจเกิดขึ้นในขั้นตอนใดๆ ข้างต้น หลังจากพบข้อผิดพลาดแล้ว ขั้นตอนจะต้องจัดการกับข้อผิดพลาดเพื่อดำเนินกระบวนการคอมไพล์ต่อไป ข้อผิดพลาดเหล่านี้จำเป็นต้องรายงานไปยังตัวจัดการข้อผิดพลาดซึ่งจัดการข้อผิดพลาดเพื่อดำเนินการกระบวนการคอมไพล์ โดยทั่วไปข้อผิดพลาดจะถูกรายงานในรูปแบบของข้อความ

สรุป

• คอมไพเลอร์ทำงานในเฟสต่างๆ โดยแต่ละเฟสจะแปลงโปรแกรมต้นฉบับจากการแสดงผลแบบหนึ่งไปยังอีกแบบหนึ่ง
• หกขั้นตอนของ การออกแบบคอมไพเลอร์ ได้แก่ 1) การวิเคราะห์คำศัพท์ 2) การวิเคราะห์ไวยากรณ์ 3) การวิเคราะห์ความหมาย 4) ตัวสร้างรหัสขั้นกลาง 5) Code ตัวเพิ่มประสิทธิภาพ 6) Code Generator
• การวิเคราะห์คำศัพท์เป็นระยะแรกที่คอมไพเลอร์สแกนซอร์สโค้ด
• การวิเคราะห์ไวยากรณ์เป็นเรื่องเกี่ยวกับการค้นพบโครงสร้างในข้อความ
• การวิเคราะห์เชิงความหมายจะตรวจสอบความสอดคล้องเชิงความหมายของโค้ด
• เมื่อขั้นตอนการวิเคราะห์เชิงความหมายอยู่เหนือคอมไพลเลอร์แล้ว ให้สร้างโค้ดระดับกลางสำหรับเครื่องเป้าหมาย
• Code ขั้นตอนการเพิ่มประสิทธิภาพจะลบโค้ดบรรทัดที่ไม่จำเป็นออกและจัดเรียงลำดับคำสั่งใหม่
• Code ขั้นตอนการสร้างโค้ดจะได้รับข้อมูลจากขั้นตอนการปรับแต่งโค้ด และสร้างโค้ดหน้าเว็บหรือโค้ดออบเจ็กต์ออกมาเป็นผลลัพธ์
• ตารางสัญลักษณ์ประกอบด้วยบันทึกสำหรับตัวระบุแต่ละตัวพร้อมช่องสำหรับแอตทริบิวต์ของตัวระบุ
• การจัดการข้อผิดพลาดตามปกติจะจัดการกับข้อผิดพลาดและรายงานในระหว่างหลายขั้นตอน