Criar um programa que aceita outro programa como entrada e gera um executável binário como saída é uma tarefa complexa, abrangendo várias áreas sofisticadas da ciência da computação. Não há programas simples e prontamente disponíveis que façam isso de maneira geral, pois o processo depende fortemente do idioma do programa de entrada, arquitetura de destino e funcionalidade desejada. Em vez disso, é uma coleção de ferramentas e técnicas. Aqui está um colapso dos aspectos incrivelmente complicados envolvidos:

1. Análise e análise do código -fonte:

* Parsing específica da linguagem: O programa de entrada pode ser escrito em qualquer idioma (C, C ++, Java, Python, Rust, etc.). Cada idioma tem sua própria sintaxe e semântica, exigindo que um analisador dedicado compreenda a estrutura do código. Isso envolve análise lexical (dividindo o código em tokens), análise de sintaxe (criando uma árvore de análise) e análise semântica (compreendendo o significado do código). A análise robusta é crucial para lidar com estruturas de código complexas, incluindo macros, modelos e compilação condicional.

* Árvore de sintaxe abstrata (AST) Geração: Os analisadores geralmente geram um AST, uma representação semelhante a uma árvore da estrutura do programa. Esta AST é uma representação intermediária -chave usada nas etapas subsequentes.

* Fluxo de controle e análise de fluxo de dados: Compreender o fluxo de controle do programa (como a execução salta entre diferentes partes do código) e o fluxo de dados (como os dados são usados ​​e modificados) é essencial para otimização e geração de código. Isso envolve algoritmos como atingir definições, análise de variáveis ​​ao vivo e gráficos de fluxo de controle.

2. Representação intermediária (IR) Geração:

* Tradução para um IR comum: O AST é frequentemente traduzido para uma representação intermediária de nível inferior. O IRS comum inclui LLVM IR, código de três adores ou IRS personalizados. O IR fornece uma representação independente da plataforma que facilita a execução de otimizações e direciona diferentes arquiteturas.

3. Otimização:

* otimizações de alto nível: Essas otimizações funcionam na RI e visam melhorar o desempenho do programa sem alterar sua semântica. Os exemplos incluem dobragem constante, eliminação do código morto, inline, desenrolamento e várias formas de movimento do código.

* otimizações de baixo nível: Eles se concentram em gerar código de máquina mais eficiente. As técnicas incluem alocação de registro, agendamento de instruções e compactação de código.

4. Geração de código:

* Geração de código específica do destino: O IR otimizado é então traduzido para o código da máquina específico para a arquitetura de destino (x86, ARM, RISC-V, etc.). Isso envolve o mapeamento de instruções de IR para as instruções da máquina, os registros de manuseio e o gerenciamento da memória.

* Integração do ligante: O código da máquina gerado geralmente é montado em arquivos de objeto, que são vinculados juntamente com outros arquivos de objeto (como bibliotecas padrão) para produzir um executável final. O vinculador resolve símbolos, lida com a realocação e cria o arquivo executável final.

5. Ferramentas e estruturas de construção do compilador:

* Lexers e analisadores geradores: Ferramentas como Lex/Flex e YACC/Bison são usadas para automatizar a criação de Lexers e analisadores.

* Infraestrutura do compilador llvm: A LLVM fornece uma estrutura abrangente para compiladores de construção, incluindo um IR, um otimizador e geradores de código para várias arquiteturas.

Exemplos de cenários complexos:

* Compilar um programa que usa vinculação dinâmica: Isso requer lidar com as complexidades das bibliotecas compartilhadas e da ligação do tempo de execução.

* Compilar um programa que usa compilação just-in-time (JIT): Isso envolve gerar código no tempo de execução e requer gerenciamento sofisticado de tempo de execução.

* Compilar um programa que usa simultaneidade (threads ou processos): Isso requer manuseio cuidadoso de primitivas de sincronização e problemas de simultaneidade.

* Compilação cruzada: Compilar um programa para uma arquitetura diferente daquele que o compilador é executado.


Em resumo, a construção de um sistema que toma um programa arbitrário como entrada e gera um executável binário é um empreendimento monumental, exigindo experiência em design do compilador, teoria da linguagem de programação e arquitetura de computadores. Compiladores existentes como GCC e Clang já são exemplos incrivelmente complexos disso, e são altamente especializados por seus idiomas e arquiteturas suportadas. Criar uma versão verdadeiramente universal seria um imenso projeto de pesquisa.