O compilador de computador:tradutor do código legível pelo homem para a linguagem da máquina

A compilador é um programa especial que traduz o código-fonte escrito em uma linguagem de programação de alto nível (como C ++, Java, Python, mas o Python geralmente é interpretado) no código da máquina ou em outro idioma de nível inferior que um computador pode entender e executar diretamente. Pense nisso como um tradutor sofisticado entre um idioma que os humanos escrevem e as máquinas de idiomas "entendem".

Funcionamento de um compilador:o processo de tradução

O processo de compilação normalmente envolve várias fases distintas, cada uma executando uma tarefa específica. Aqui está um colapso dos estágios -chave:

1.

* Objetivo: Lê o caractere do código -fonte por caracteres e os agrupa em unidades significativas chamadas *tokens *.
* Ações:
* Remove o espaço em branco e os comentários.
* Identifica palavras-chave (como `if`,` while`, `para`), identificadores (nomes de variáveis), operadores (`+`,` -`, `*`, `/`), literais (números, strings) e separadores (parênteses, semicolons).
* Atribui a cada token um tipo (por exemplo, `identificador`,` Integer_literal`, `palavra -chave ').
* saída: Um fluxo de tokens.

Exemplo:

`` `c ++
int x =10 + y; // Código C ++ Exemplo
`` `

Seria tokenizado como algo como:

`` `






`` `

2. Análise de sintaxe (análise):

* Objetivo: Verifica se a sequência de tokens está em conformidade com as regras gramaticais (sintaxe) da linguagem de programação.
* Ações:
* Usa os tokens para construir uma árvore de sintaxe abstrata (AST). O AST representa a estrutura hierárquica do programa, mostrando como os tokens estão relacionados.
* Identifica erros de sintaxe (por exemplo, semicolons ausentes, parênteses incompatíveis).
* saída: Uma árvore de sintaxe abstrata (AST).

Exemplo (continuando de cima):

O analisador construiria um AST representando a declaração `int x =10 + y;` o ast mostraria que `x` está sendo declarado como um número inteiro e inicializado com o resultado da expressão` 10 + y`.

3. Análise semântica:

* Objetivo: Verifica o significado (semântica) do código e garante que o programa seja logicamente consistente.
* Ações:
* Verificação do tipo:verifica se as operações são executadas em tipos de dados compatíveis (por exemplo, adicionar um número inteiro a uma string seria um erro).
* Resolução do escopo:determina o significado dos identificadores com base em seu contexto (por exemplo, qual variável `x` está sendo referida).
* Detecção de erro:identifica erros semânticos (por exemplo, usando uma variável não declarada, chamando uma função com o número errado de argumentos).
* Gerenciamento da tabela de símbolos:a tabela de símbolos armazena informações sobre identificadores (variáveis, funções etc.) usadas no programa.
* saída: Um AST anotado (o AST com informações semânticas adicionais) e a tabela de símbolos.

4. Geração intermediária de código:

* Objetivo: Traduz o AST anotado em uma representação intermediária (IR).
* Ações:
* O IR é uma representação independente da máquina do programa, projetada para ser facilmente otimizada e traduzida no código de destino. Os IRs comuns incluem código de três endereço e código da máquina da pilha.
* Simplifica o código e facilita a execução de otimizações.
* saída: Código intermediário (IR).

Exemplo (código simples de três adolescentes):

A expressão `10 + y` pode ser traduzida para:

`` `
t1 =10 + y // t1 é uma variável temporária
x =t1
`` `

5. otimização de código:

* Objetivo: Melhora a eficiência do código intermediário.
* Ações:
* Várias técnicas de otimização são aplicadas para reduzir o tamanho do código, o tempo de execução ou ambos.
* Otimizações comuns incluem:
* Dobragem constante (avaliando expressões constantes no tempo de compilação).
* Eliminação do código morto (removendo código que nunca é executado).
* Loop Ussroling (expandindo loops para reduzir a sobrecarga).
* Eliminação comum da subexpressão (evitando cálculos redundantes).
* saída: Código intermediário otimizado.

6. geração de código:

* Objetivo: Traduz o código intermediário otimizado no código da máquina de destino (ou linguagem de montagem).
* Ações:
* Seleciona as instruções da máquina apropriadas para cada instrução IR.
* Aloca registros para armazenar variáveis ​​e valores intermediários.
* Lida com a alocação de memória.
* saída: Código da máquina ou linguagem de montagem.

7. Montagem (opcional):

* Se o gerador de código produzir linguagem de montagem, um programa de assembler será usado para converter o código de montagem em código da máquina.

8. Linking (opcional):

* Combina vários arquivos de objeto (código compilado de diferentes arquivos de origem) e bibliotecas em um único arquivo executável.
* Resolve referências externas (referências a funções ou variáveis ​​definidas em outros arquivos).

Resumo do exemplo:

Digamos que você tenha um programa C ++ simples:

`` `c ++
int main () {
int a =5;
int b =10;
int sum =a + b;
retornar 0;
}
`` `

O compilador passaria pelo seguinte processo (simplificado):

1. Análise lexical: Identifica tokens como `int`,` main`, `=`, `5`,`+`etc.
2. Análise de sintaxe: Cria um AST que representa a estrutura do código (por exemplo, a função `main` contém declarações e uma operação de adição).
3. Análise semântica: Verifica se as variáveis ​​são declaradas antes do uso, que `+` é válido para números inteiros, etc.
4. Geração intermediária de código: Cria uma representação intermediária, talvez algo como:
`` `
a =5
b =10
soma =a + b
retornar 0
`` `
5. otimização de código: Pode realizar pequenas otimizações (não é possível muita otimização nesse caso trivial).
6. geração de código: Traduz o IR para as instruções do código da máquina específicas para o processador de destino (por exemplo, instruções de montagem x86).

Vantagens -chave da compilação:

* Velocidade: O código compilado geralmente é executado mais rápido que o código interpretado porque a tradução é feita apenas uma vez, durante a compilação, em vez de toda vez que o programa é executado.
* Detecção de erro: Os compiladores podem detectar muitos erros durante a compilação, antes que o programa seja executado, o que ajuda a melhorar a confiabilidade do código.
* Segurança: Ao detectar erros no momento da compilação, os compiladores podem ajudar a prevenir algumas vulnerabilidades de segurança.

Desvantagens -chave da compilação:

* Dependência da plataforma: O código compilado geralmente é específico da plataforma, o que significa que só pode ser executado no sistema operacional e na arquitetura do processador para a qual foi compilado.
* Compilar Hora: O processo de compilação pode levar uma quantidade significativa de tempo, especialmente para grandes programas.
* Complexidade de depuração: Às vezes, o código compilado de depuração pode ser mais desafiador do que o código interpretado de depuração, porque você está trabalhando com o código da máquina em vez do código -fonte original.

Em resumo, o compilador é um componente crucial do desenvolvimento de software, responsável por transformar o código de alto nível em um formulário que um computador pode executar. Ele executa vários estágios complexos para analisar, otimizar e gerar código da máquina, nos permitindo executar os programas que escrevemos.