編譯技術(shù)的發(fā)展

賈巧蘭 河南大學(xué)軟件學(xué)院

機(jī)器語言是機(jī)器直接能夠識(shí)別的語言，匯編語言與機(jī)器有關(guān)，屬于低級(jí)語言，需要進(jìn)行編譯之后才可運(yùn)行。編譯技術(shù)的必要性來自于匯編語言的缺點(diǎn)：閱讀和理解較為困難、編寫過程不易且嚴(yán)格依賴于特定的機(jī)器，因此，編譯技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1 產(chǎn)生的必然

在20世紀(jì)40年代，由于馮.諾伊曼在存儲(chǔ)-程序計(jì)算機(jī)方面的先鋒作用，為使計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行所需的計(jì)算，編寫一串代碼或程序已成必要。起初，這些程序都是用機(jī)器語言（machine language）進(jìn)行編寫。機(jī)器語言就是表示機(jī)器實(shí)際操作的數(shù)字代碼，但編寫這樣的代碼十分費(fèi)時(shí)和乏味，這種代碼形式很快就被匯編語言（assembly language）所代替。在匯編語言中，都是以符號(hào)形式給出指令和存儲(chǔ)地址的，大大提高了編程的速度和準(zhǔn)確度，但是由于匯編語言的編寫嚴(yán)格依賴于特定的機(jī)器，所以為一臺(tái)計(jì)算機(jī)編寫的代碼在應(yīng)用于另一臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)必須完全重寫，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

2 發(fā)展

20世紀(jì)50年代早期，由于當(dāng)初大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)現(xiàn)工作是由不同的小組獨(dú)立完成的，多數(shù)早期的編譯工作是將算術(shù)公式翻譯成機(jī)器代碼。用現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)來衡量，當(dāng)時(shí)的編譯程序能完成的工作十分基礎(chǔ)且有限，如只允許進(jìn)行簡(jiǎn)單的單目運(yùn)算，數(shù)據(jù)元素的命名方式也有很多限制。然而它們奠定了對(duì)高級(jí)語言編譯系統(tǒng)的研究和開發(fā)的基礎(chǔ)。

20世紀(jì)50年代中期出現(xiàn)了FORTRAN等一批高級(jí)語言，相應(yīng)的一批編譯系統(tǒng)開發(fā)成功。隨著編譯技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)對(duì)編譯程序需求的不斷增長，20世紀(jì)50年代末有人開始研究編譯程序的自動(dòng)生成工具，提出并研制編譯程序的編譯程序。它的功能是以任一語言的詞法規(guī)則、語法規(guī)則和語義解釋出發(fā)，自動(dòng)產(chǎn)生該語言的編譯程序。目前很多自動(dòng)生成工具已廣泛使用，如詞法分析程序的生成系統(tǒng)LEX，語法分析程序的生成系統(tǒng)YACC等。20世紀(jì)60年代起，不斷有人使用自展技術(shù)來構(gòu)造編譯程序。自展的主要特征是用被編譯的語言來書寫該語言自身的編譯程序；70年代后期和80年代早期，大量的項(xiàng)目都貫注于編譯器其它部分生成自動(dòng)化，其中也包括代碼的生成。

3 編譯技術(shù)

3.1 目前流行的編譯技術(shù)

目前流行的編譯技術(shù)主要有：并行編譯技術(shù)、交叉編譯技術(shù)、動(dòng)態(tài)編譯技術(shù)。并行編譯技術(shù)首先利用重構(gòu)技術(shù)將串行程序并行化，將已有的串行語言編寫的程序經(jīng)過相關(guān)分析分解成可并行的成分分配到CPU或多處理機(jī)上運(yùn)行，最后直接編寫并行程序；由于目標(biāo)機(jī)的指令系統(tǒng)與宿主機(jī)的指令系統(tǒng)的不同，通常使用交叉編譯技術(shù)把某個(gè)機(jī)器（宿主機(jī)）上已有的軟件移植到另一臺(tái)（目標(biāo)機(jī)）上，主要是編譯程序在宿主機(jī)A上運(yùn)行把應(yīng)用程序的源程序生成目標(biāo)機(jī)B的代碼；動(dòng)態(tài)編譯技術(shù)即編譯運(yùn)行時(shí)的程序變換，是優(yōu)化利用在運(yùn)行時(shí)提供的信息對(duì)程序提供更安全的優(yōu)化，因此利用動(dòng)態(tài)編譯技術(shù)可大大擴(kuò)大優(yōu)化范圍從而能夠產(chǎn)生更有效的代碼。

3.2 構(gòu)造編譯程序的方法

自展法：主要特征即用被編譯的語言來書寫該語言自身的編譯程序。1971年P(guān)ASCAL的編譯程序用自展技術(shù)生成后，其影響就越來越大；自動(dòng)生成法：典型的自動(dòng)生成工具有LEX-詞法分析器和YACC-語法分析器；自編譯：主要思想是用目標(biāo)機(jī)的匯編語言或機(jī)器語言對(duì)源程序的核心部分構(gòu)造一個(gè)小小的編譯程序，再以它為工具構(gòu)造一個(gè)能夠編譯更多語言成分的較大編譯程序。

3.3 編譯技術(shù)的應(yīng)用

編譯技術(shù)的應(yīng)用主要有：在反病毒方面、基于編譯技術(shù)的可信賴計(jì)算方法以及基于編譯技術(shù)的協(xié)議解析方法。

4 編譯技術(shù)未來的發(fā)展

4.1 多核處理器編程

由于不同結(jié)構(gòu)的處理器核的指令集不同，需要生成在不同處理器核上執(zhí)行不同的執(zhí)行碼，因此編譯過程更加復(fù)雜，為了提高性能，對(duì)編譯優(yōu)化技術(shù)的要求也更高。多核處理器的編譯過程主要是代碼劃分、分別編譯、執(zhí)行代碼的組織。

4.2 復(fù)雜軟件系統(tǒng)的安全性和可靠性

所面臨的的三個(gè)挑戰(zhàn)：需要開發(fā)相關(guān)的工程技術(shù)來幫助檢測(cè)和避免程序缺陷；安全風(fēng)險(xiǎn)-開發(fā)相關(guān)的策略檢測(cè)程序?qū)ν獠抗舻牡钟芰?；開發(fā)自動(dòng)的程序驗(yàn)證技術(shù)

4.3 移動(dòng)領(lǐng)域的編譯技術(shù)

隨著智能手機(jī)的迅速發(fā)展，移動(dòng)領(lǐng)域的編譯發(fā)展顯得尤為重要。利用交叉編譯技術(shù)來跨平臺(tái)，將具備更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，未來或?qū)⒃趲追N主要的移動(dòng)設(shè)備開發(fā)技術(shù)中脫穎而出。

5 總結(jié)

編譯技術(shù)是人類智慧到機(jī)器執(zhí)行的橋梁，軟件到硬件層層推進(jìn)的銜接力量！

[1]張亞娟、馮靈霞、王雪春.編譯技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用2010

[2]陳火旺、劉春林、譚慶平、趙克佳、劉越.程序設(shè)計(jì)編譯原理1980