淺析編譯原理中編譯工作的基本流程及其實(shí)現(xiàn)

王佳林 張美玲 高涵

【摘要】? ? 編譯原理是研究如何將各種編程語(yǔ)言轉(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言的一門科學(xué)。本文主要介紹了編譯原理中編譯工作的基本流程，以及各個(gè)流程在整個(gè)編譯工作過(guò)程中起到的作用，同時(shí)本文對(duì)編譯工作在實(shí)際的應(yīng)用中是如何實(shí)現(xiàn)的這一問(wèn)題進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】? ? 編譯技術(shù)? ? 機(jī)器語(yǔ)言? ? 詞法分析? ? 語(yǔ)法分析

一、編譯技術(shù)的產(chǎn)生

最早期的計(jì)算機(jī)編程是用機(jī)器語(yǔ)言編程，這種直接跟計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行信息溝通的方式有很大的局限性。雖然機(jī)器語(yǔ)言能夠被計(jì)算機(jī)硬件直接識(shí)別并執(zhí)行，具有靈活速度快的特點(diǎn)，但是機(jī)器語(yǔ)言對(duì)編程人員的要求門檻太高，它不容易被理解接受，并且記憶困難，極易出錯(cuò)。編程人員使用機(jī)器語(yǔ)言編程往往要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力在編寫程序上，這大大影響了編程效率。為了提高程序的編寫效率，增強(qiáng)程序的可讀性，匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言隨著科技的發(fā)展?jié)u漸出現(xiàn)。匯編語(yǔ)言較為基礎(chǔ)，是高級(jí)語(yǔ)言形成過(guò)程中的中間產(chǎn)物。高級(jí)語(yǔ)言封裝性更強(qiáng)，在操作上更加簡(jiǎn)便，在編寫和理解上也有更好的可讀性。高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言都需要進(jìn)行加工才能被計(jì)算機(jī)識(shí)別，這就需要一個(gè)能將這些指令轉(zhuǎn)化成機(jī)器指令的翻譯程序——編譯器。因?yàn)橛?jì)算機(jī)能夠識(shí)別的只有二進(jìn)制代碼，如何讓計(jì)算機(jī)識(shí)別并執(zhí)行這些語(yǔ)言呢，這就是編譯原理所要研究的問(wèn)題。

二、編譯的基本流程

（一）詞法分析階段。首先是詞法分析階段。在詞法分析階段中源程序按照從左到右的順序被依次掃描，掃描過(guò)程中源程序的字符流會(huì)按照規(guī)定好的構(gòu)詞規(guī)則被識(shí)別成單詞符號(hào)，這一工作由詞法分析程序完成。此外，在詞法分析階段，詞法分析器除了能完成單詞符號(hào)的識(shí)別工作，還能夠?qū)Τ绦蛑械囊恍┬畔⑦M(jìn)行過(guò)濾，同時(shí)詞法分析程序可以將編譯時(shí)產(chǎn)生的錯(cuò)誤信息對(duì)應(yīng)到源程序的具體位置，便于程序修改。（二）語(yǔ)法分析階段。在語(yǔ)法分析階段，語(yǔ)法分析程序會(huì)將詞法分析中產(chǎn)生的單詞序列劃分成各類語(yǔ)法短語(yǔ)，并對(duì)源程序的結(jié)構(gòu)進(jìn)行正確性的判斷，檢查源程序中是否存在語(yǔ)法錯(cuò)誤。根據(jù)語(yǔ)法分析中采用的方法的不同，語(yǔ)法分析在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)又分為好多方法，其中每一種方法都有各自的適用情況和特點(diǎn)。（三）語(yǔ)義分析和中間代碼產(chǎn)生階段。在語(yǔ)義分析和中間代碼生成階段中，首先要進(jìn)行的是語(yǔ)義分析工作。顧名思義語(yǔ)義分析主要進(jìn)行語(yǔ)義審查，編譯器會(huì)審查程序中語(yǔ)法結(jié)構(gòu)的靜態(tài)語(yǔ)義。程序中可能存在一些語(yǔ)法正確但是在規(guī)定限制下沒(méi)有意義的語(yǔ)句。語(yǔ)義分析的分析范圍有確定類型、類型檢查等。在完成語(yǔ)義分析并且分析無(wú)誤后，進(jìn)入中間代碼產(chǎn)生階段，生成中間代碼，根據(jù)實(shí)際情況的不同中間代碼又分為逆波蘭式、三元式、四元式等形式，這些都是在具體程序內(nèi)部涉及到的內(nèi)容。（四）優(yōu)化。所謂中間代碼優(yōu)化指的是在不改變?cè)闯绦蜻\(yùn)行結(jié)果的前提下，對(duì)中間代碼或目標(biāo)代碼進(jìn)行等價(jià)替換。優(yōu)化后所產(chǎn)生的目標(biāo)代碼運(yùn)行時(shí)間更短，占用空間更小、效率更加高效。在整個(gè)編譯過(guò)程中都可以增加優(yōu)化過(guò)程，但最突出的還是體現(xiàn)在中間代碼的優(yōu)化上。（五）目標(biāo)代碼生成。目標(biāo)代碼生成是編譯的最后一個(gè)階段，在這一階段中，主要完成的任務(wù)是將前面產(chǎn)生的中間代碼轉(zhuǎn)化成特定機(jī)器上的機(jī)器語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言。因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能識(shí)別機(jī)器語(yǔ)言，如果生成的目標(biāo)代碼是匯編語(yǔ)言的形式，要將匯編代碼再轉(zhuǎn)化成機(jī)器代碼才能讓計(jì)算機(jī)運(yùn)行。

三、編譯的實(shí)現(xiàn)

（一）預(yù)處理。預(yù)處理是指在對(duì)源程序進(jìn)行編譯之前，要對(duì)程序中的一些特殊命令進(jìn)行處理的工作。c語(yǔ)言中，編譯預(yù)處理命令以#開(kāi)頭，這些預(yù)處理的命令被預(yù)處理程序處理替換后由編譯程序進(jìn)行進(jìn)一步加工。以c語(yǔ)言為例，編譯預(yù)處理有宏定義、文件包含、條件編譯等，程序人員編寫的*.c源程序文件經(jīng)過(guò)預(yù)處理程序處理后，隨后進(jìn)入編譯程序進(jìn)行編譯最后生成目標(biāo)程序*.obj。編譯預(yù)處理完成了標(biāo)識(shí)符的替代工作，為編譯的順利進(jìn)行打下基礎(chǔ)。（二）編譯。在編譯階段中對(duì)經(jīng)過(guò)了預(yù)處理的源文件進(jìn)行一連串的編譯工作，包括詞法分析，語(yǔ)法分析，語(yǔ)義分析以及優(yōu)化等操作，最后生成相應(yīng)的匯編代碼。編譯是通過(guò)編譯器實(shí)現(xiàn)的，在編譯器中會(huì)進(jìn)行上述一系列的操作。（三）匯編。匯編工作由匯編器實(shí)現(xiàn)，匯編器負(fù)責(zé)匯編代碼向機(jī)器代碼的轉(zhuǎn)化工作，根據(jù)匯編指令和機(jī)器指令的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，將匯編代碼轉(zhuǎn)化成可執(zhí)行文件，只有轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的二進(jìn)制代碼，才可以交給計(jì)算機(jī)執(zhí)行。（四）鏈接。最后就是鏈接操作，雖然在匯編階段源程序已經(jīng)轉(zhuǎn)化成了計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的二進(jìn)制代碼的形式，但是還要完成一些其他工作。因?yàn)樵谠闯绦蛑锌赡芤昧似渌^文件中的函數(shù)，或者調(diào)用了其他庫(kù)中已有的函數(shù)，只有將這些全部鏈接在一起，才能保證程序的正確執(zhí)行，這就是鏈接操作。很多時(shí)候開(kāi)發(fā)人員不用自己去實(shí)現(xiàn)一些函數(shù)，而可以直接調(diào)用現(xiàn)有庫(kù)中的函數(shù)，既節(jié)省了時(shí)間，又可以減小出錯(cuò)率。鏈接技術(shù)的實(shí)現(xiàn)大大降低了代碼的復(fù)寫率，提高了程序的開(kāi)發(fā)效率。

結(jié)語(yǔ)：編譯技術(shù)像是在高級(jí)語(yǔ)言和計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間架起了一座橋梁，它將高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編譯處理使其能夠在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。自從有了編譯技術(shù)，程序編寫的效率明顯提升，計(jì)算機(jī)編程的門檻大大降低，使得更多的學(xué)者能夠投身于計(jì)算機(jī)編程領(lǐng)域。可以說(shuō)編譯技術(shù)是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中的核心技術(shù)，研究編譯技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展有著重要意義。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]徐紅，陸紅陽(yáng).編譯原理實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2005（27）：86-88.