De definitie en het doel van een compiler

ANDRZEJ WOJCICKI / Getty Images

EEN compiler is een programma dat voor mensen leesbaar vertaalt broncode in computer-uitvoerbare machinecode. Om dit succesvol te doen, moet de voor mensen leesbare code voldoen aan de syntaxis regels van de programmeertaal waarin het is geschreven. De compiler is slechts een programma en kan uw code niet voor u repareren. Als u een fout maakt, moet u de syntaxis corrigeren, anders wordt deze niet gecompileerd.

Wat gebeurt er als je code compileert?

De complexiteit van een compiler hangt af van de syntaxis van de taal en hoeveel abstractie die programmeertaal biedt. Een C-compiler is veel eenvoudiger dan een compiler voor C++ of C#.

Lexicale analyse

Bij het compileren leest de compiler eerst een stroom tekens uit een broncodebestand en genereert een stroom lexicale tokens. Bijvoorbeeld de C++-code:

|_+_||_+_|

kunnen worden geanalyseerd als deze tokens:

• typ 'int'
• variabele 'C'
• gelijk aan
• linker haakje
• variabele 'A'
• keer
• variabele 'B'
• rechterhaakje
• plus
• letterlijke '10'

Syntactische analyse

De lexicale uitvoer gaat naar het syntactische analysatorgedeelte van de compiler, die de grammaticaregels gebruikt om te beslissen of de invoer geldig is of niet. Tenzij variabelen A en B waren eerder gedeclareerd en vielen binnen de scope, zou de compiler kunnen zeggen:

• 'A': niet-aangegeven identificatie.

Als ze zijn gedeclareerd maar niet zijn geïnitialiseerd. de compiler geeft een waarschuwing:

• lokale variabele 'A' gebruikt zonder te worden geïnitialiseerd.

U moet nooit compilerwaarschuwingen negeren. Ze kunnen je code op vreemde en onverwachte manieren breken. Los altijd compilerwaarschuwingen op.

Eén pas of twee?

Sommige programmeertalen zijn zo geschreven dat een compiler de broncode slechts één keer kan lezen en de machinecode kan genereren. Pascal is zo'n taal. Veel compilers minimaal twee passen nodig hebben. Soms is het vanwege voorwaartse verklaringen van functies of klassen.

In C++ kan een klasse worden gedeclareerd, maar pas later worden gedefinieerd. De compiler kan niet bepalen hoeveel geheugen de klasse nodig heeft totdat de hoofdtekst van de klasse is gecompileerd. Het moet de broncode opnieuw lezen voordat de juiste machinecode wordt gegenereerd.

Machinecode genereren

Ervan uitgaande dat de compiler de lexicale en syntactische analyses met succes voltooit, is de laatste fase het genereren van machinecode. Dit is een ingewikkeld proces, vooral met moderne CPU's.

De snelheid van de gecompileerde uitvoerbaar code moet zo snel mogelijk zijn en kan enorm variëren afhankelijk van de kwaliteit van de gegenereerde code en hoeveel optimalisatie is gevraagd.

Bij de meeste compilers kun je de mate van optimalisatie specificeren - meestal bekend om snelle debugging-compilaties en volledige optimalisatie voor de vrijgegeven code.

Codegeneratie is een uitdaging

De compilerschrijver staat voor uitdagingen bij het schrijven van een codegenerator. Veel processors versnellen de verwerking door gebruik te maken van

• Instructie pipelining
• intern caches .

Als alle instructies binnen een code lus kan worden gehouden in de processor cache, dan loopt die lus veel sneller dan wanneer de CPU instructies moet ophalen van het hoofd-RAM. De CPU-cache is een geheugenblok ingebouwd in de CPU-chip dat veel sneller toegankelijk is dan gegevens in het hoofd-RAM.

Caches en wachtrijen

De meeste CPU's hebben een pre-fetch-wachtrij waarbij de CPU instructies in de cache leest voordat ze worden uitgevoerd. Als er een voorwaardelijke vertakking plaatsvindt, moet de CPU de wachtrij opnieuw laden. De code moet worden gegenereerd om dit te minimaliseren.

Veel CPU's hebben aparte onderdelen voor:

• Integer rekenkunde (hele getallen)
• Rekenen met drijvende komma (fractionele getallen)

Deze bewerkingen kunnen vaak parallel worden uitgevoerd om de snelheid te verhogen.

Compilers genereren doorgaans machinecode in objectbestanden die vervolgens: gekoppeld samen door een linkerprogramma.