Розробка семантичного аналіз атора

 

В процесі роботи компілятор зберігає інформацію про об'єкти програми. Як правило, інформація про кожний об'єкт складається із двох основних елементів: імені об'єкта і його властивостей. Інформація про об'єкти програми повинна бути організована так, щоб пошук її був по можливості швидше, а необхідної пам'яті по можливості менше. Крім того, з боку мови програмування можуть бути додаткові вимоги.

Імена можуть мати певну область видимості. Наприклад поле запису повинне бути унікально в межах структури (або рівня структури), але може співпадати з ім'ям об'єктів зовні запису (або іншого рівня запису). В той же час ім'я поля може відкриватися оператором приєднання, і тоді може виникнути конфлікт імен (або неоднозначність в трактуванні імені). Якщо мова має блокову структуру, то необхідно забезпечити такий спосіб зберігання інформації, щоб, по-перше підтримувати блоковий механізм видимості, а по-друге – ефективно звільняти пам'ять по виході з блоку. В деяких мовах (наприклад, Аді) одночасно (в одному блоці) можуть бути видимі декілька об'єктів з одним ім'ям, в інших така ситуація неприпустима. Є декілька основних способів організації інформації в компіляторах:

· таблиці ідентифікаторів;

· таблиці символів;

· способи реалізації блокової структури;

Перевірка типів

Компілятор повинен переконатися, що початкова програма слідує як синтаксичним, так і семантичним угодам початкової мови. Така перевірка, іменована статичній (static checking), — на відміну від динамічної, виконуваної в процесі роботи цільової програми, — гарантує, що будуть виявлені певні типи програмних помилок.

Нижче представлені приклади статичних перевірок.

1. Перевірки типів. Компілятор повинен повідомляти про помилку, якщо оператор застосовується до несумісному з ним операнда, наприклад при складанні змінних, що є масивом і функцією.

2. Перевірки управління. Передача управління за межі мовних конструкцій повинна проводитися в певне місце. Наприклад, в мові програмування С оператор break передає управління за межі самої вкладеної інструкції while, for або switch; якщо ж такі відсутні, то виводиться повідомлення про помилку.

3. Перевірки єдиності. Існують ситуації, коли об'єкт може бути визначений тільки один раз. Наприклад, в мові програмування Pascal ідентифікатор повинен оголошуватися тільки один раз, всі мітки в конструкції case повинні бути різний, а елементи в скалярному типі не повинні повторюватися.

4. Перевірки, пов'язані з іменами. Іноді одне і те ж ім'я повинне використовуватися двічі (або більше число раз). Наприклад, в мові програмування Ada цикл або блок може мати ім'я, яке повинне знаходитися як на початку, так і в кінці конструкції.

Компілятор повинен перевірити, що в обох місцях використовується одне і те ж ім'я. В цьому розділі нас, в першу чергу, цікавить перевірка типів. Як видно з наведених приклади, більшість інших статичних перевірок є рутинною і може бути реалізований з використанням технологій, описаних в попередньому розділі. Деякі з них можуть використовуватися і для виконання інших дій. Наприклад, при внесенні інформації про ім'я в таблицю символів ми можемо переконатися в єдиності оголошення даного імені. Багато компіляторів Pascal об'єднують статичні перевірки і генерацію проміжного коду з синтаксичним аналізом. За наявності складніших конструкцій, на зразок тих, що використовуються в мові програмування Ada, може виявитися більш зручним виконати окремий прохід для проведення перевірок типів між синтаксичним аналізом і генерацією проміжного коду, як показано на рисунку 5.

 

Рисунок 5 Місце семантичного аналізатора в моделі компілятора.

 

Програма перевірки типів перевіряє, щоб тип конструкції відповідав очікуваному в даному контексті. Наприклад, вбудований арифметичний оператор mod в Pascal вимагає цілих операндів, тому програма перевірки типів повинна перевірити, щоб операнди mod в початковій програмі — цілого типу. Так само програма перевірки типів повинна переконатися, що операція розіменування застосовується до покажчика, індексація виконується з масивом, що визначена користувачем функція.

Розробка оптимізатора коду

компілятор програмування оболонка операційна

Оптимізація програмного коду - це модифікація програм, виконувана оптимізуючим компілятором або інтерпретатором з метою поліпшення їхніх характеристик, таких як продуктивності або компактності, - без зміни функціональності.

Оптимізація - не обов'язковий, але важливий етап компіляції. У принципі, вона може відбуватися під час трансляції програми, але, як правило, оптимізацію програми виділяють як окремий етап функціонування компіляторів. Компонувальники також можуть виконувати частина оптимізацій, таких як видалення невикористовуваних підпрограм або перевпорядкування підпрограм.

Розрізняють низько- і високорівневу оптимізацію. Низкорівнева оптимізація перетворює програму на рівні елементарних команд, наприклад, інструкцій процесорів архітектури x86. Високорівнева оптимізація здійснюється на рівні структурних елементів програми, таких як розгалуження й цикли.

Розробка генератора коду

 

Останньою стадією розробки компілятора є генератор коду, який дістає на вхід проміжне представлення вихідної програми і виводить еквівалентну цільову програму.

Традиційно, до генератора коду висуваються жорсткі вимоги. Вихідний код повинен бути коректним і високоякісним, що означає ефективне використання ресурсів цільової машини. Крім того, ефективно повинен бути розроблений і сам генератор коду.

Математично, проблема генерації оптимального коду є нерозв’язною. На практиці ми вимушені користуватись евристичними технологіями, які дають хороший, але не обов’язково оптимальний код. Вибір евристики дуже важливий, оскільки детально розроблений алгоритм розробки генератора коду може давати код, що працю в декілька раз швидше, ніж код отриманий недостатньо продуманим алгоритмом.

Хоча дрібні деталі генератора колу залежать від цільової машини і операційної системи, такі питання, як керування пам’яттю, вибір інструкцій, розподіл регістрів і порядок обчислень, властиві усім задачам, зв’язаним з генерацією коду.

Вхідний потік генератора коду являє собою проміжне представлення вихідної програми, отримане на початковій стадії компіляції, разом із таблицею символів, яка використовується для обчислення адрес часу виконання об’єктів даних, зазначених в проміжному представленні іменами.

Результатом генератора коду являється цільова програма. Подібно до проміжного коду, результат генератора коду може приймати різні види: абсолютний машинний код, переміщуваний машинний код, або асемблерна мова. Перевагою генерації абсолютної програми в машинному коді є те, що такий код поміщається у фіксоване місце пам’яті і негайно виконується. Невеликі програми при цьому швидко компілюються і виконуються.

Генерація переміщуваної програми у машинному коді (об’єктного модуля) забезпечує можливість роздільної компіляції підпрограм. Багато переміщуваних модулів можуть бути після цього зв’язані в одне ціле і завантажені на виконання спеціальною програмою – завантажувачем. Додаткові затрати на зв’язування і завантаження компенсуються можливістю роздільної компіляції підпрограм і викликом інших, раніше скомпільованих підпрограм із об’єктних модулів. Якщо цільова машина не обробляє переміщення автоматично, компілятор має надати завантажувачеві явну інформацю про переміщення для зв’язування сегментів роздільно скомпільованиз підпрограм.

Отримання на виході генератора коду програми на мові асемблера трохи полегшує процес генерації коду; в результаті ми можемо створювати символьні інструкції і використовувати можливості макросів асемблера. Плата за цю простоту – додатковий крок в обробці мови програмування асемблер після генерації коду.