2012年软考系统分析师经典教程：编译程序

　　2.4 编译程序

　　把用高级程序设计语言书写的源程序，翻译成等价的计算机汇编语言或机器语言书写的目标程序的翻译程序。编译程序属于采用生成性实现途径实现的翻译程序。它以高级程序设计语言书写的源程序作为输入，而以汇编语言或机器语言表示的目标程序作为输出。编译出的目标程序通常还要经历运行阶段，以便在运行程序的支持下运行，加工初始数据，算出所需的计算结果。编译程序的实现算法较为复杂。这是因为它所翻译的语句与目标语言的指令不是一一对应关系,而是一多对应关系;同时也因为它要处理递归调用、动态存储分配、多种数据类型，以及语句间的紧密依赖关系。但是，由于高级程序设计语言书写的程序具有易读、易移植和表达能力强等特点，编译程序广泛地用于翻译规模较大、复杂性较高、且需要高效运行的高级语言书写的源程序。

　　功能

　　编译程序的基本功能是把源程序翻译成目标程序。但是,作为一个具有实际应用价值的编译系统,除了基本功能之外，还应具备语法检查、调试措施、修改手段、覆盖处理、目标程序优化、不同语言合用以及人-机联系等重要功能。

　　①语法检查:检查源程序是否合乎语法。如果不符合语法，编译程序要指出语法错误的部位、性质和有关信息。编译程序应使用户一次上机，能够尽可能多地查出错误。

　　②调试措施：检查源程序是否合乎设计者的意图。为此，要求编译程序在编译出的目标程序中安置一些输出指令编译程序，以便在目标程序运行时能输出程序动态执行情况的信息，如变量值的更改、程序执行时所经历的线路等。这些信息有助于用户核实和验证源程序是否表达了算法要求。

　　③修改手段：为用户提供简便的修改源程序的手段。编译程序通常要提供批量修改手段(用于修改数量较大或临时不易修改的错误)和现场修改手段(用于运行时修改数量较少、临时易改的错误)。

　　④覆盖处理：主要是为处理程序长、数据量大的大型问题程序而设置的。基本思想是让一些程序段和数据公用某些存储区，其中只存放当前要用的程序或数据;其余暂时不用的程序和数据，先存放在磁盘等辅助存储器中，待需要时动态地调入。

　　⑤目标程序优化：提高目标程序的质量,即占用的存储空间少，程序的运行时间短。依据优化目标的不同，编译程序可选择实现表达式优化、循环优化或程序全局优化。目标程序优化有的在源程序级上进行，有的在目标程序级上进行。

　　⑥不同语言合用：其功能有助于用户利用多种程序设计语言编写应用程序或套用已有的不同语言书写的程序模块。最为常见的是高级语言和汇编语言的合用。这不但可以弥补高级语言难于表达某些非数值加工操作或直接控制、访问外围设备和硬件寄存器之不足，而且还有利于用汇编语言编写核心部分程序,以提高运行效率。

　　⑦人-机联系：确定编译程序实现方案时达到精心设计的功能。目的是便于用户在编译和运行阶段及时了解内部工作情况，有效地监督、控制系统的运行。

　　早期编译程序的实现方案，是把上述各项功能完全收纳在编译程序之中。然而，习惯做法是在操作系统的支持下，配置调试程序、编辑程序和连接装配程序，用以协助实现程序的调试、修改、覆盖处理，以及不同语言合用功能。但在设计编译程序时，仍须精心考虑如何与这些子系统衔接等问题。

　　工作过程

　　编译程序必须分析源程序，然后综合成目标程序。首先，检查源程序的正确性，并把它分解成若干基本成分;其次，再根据这些基本成分建立相应等价的目标程序部分。为了完成这些工作，编译程序要在分析阶段建立一些表格,改造源程序为中间语言形式,以便在分析和综合时易于引用和加工。

　　数据结构 分析和综合时所用的主要数据结构，包括符号表、常数表和中间语言程序。符号表由源程序中所用的标识符连同它们的属性组成，其中属性包括种类(如变量、数组、结构、函数、过程等)、类型(如整型、实型、字符串、复型、标号等)，以及目标程序所需的其他信息。常数表由源程序中用的常数组成，其中包括常数的机内表示，以及分配给它们的目标程序地址。中间语言程序是将源程序翻译为目标程序前引入的一种中间形式的程序，其表示形式的选择取决于编译程序以后如何使用和加工它。常用的中间语言形式有波兰表示、三元组、四元组以及间接三元组等。

　　分析部分 源程序的分析是经过词法分析、语法分析和语义分析三个步骤实现的。词法分析由词法分析程序(又称为扫描程序)完成，其任务是识别单词(即标识符、常数、保留字，以及各种运算符、标点符号等)、造符号表和常数表，以及将源程序换码为编译程序易于分析和加工的内部形式。语法分析程序是编译程序的核心部分，其主要任务是根据语言的语法规则，检查源程序是否合乎语法。如不合乎语法，则输出语法出错信息;如合乎语法，则分解源程序的语法结构，构造中间语言形式的内部程序。语法分析的目的是掌握单词是怎样组成语句的，以及语句又是如何组成程序的。语义分析程序是进一步检查合法程序结构的语义正确性，其目的是保证标识符和常数的正确使用，把必要的信息收集和保存到符号表或中间语言程序中，并进行相应的语义处理。

　　编译程序的功能是把某些高级语言书写的源程序翻译成与之等价的低级语言(汇编语言或者机器语言)的目标程序。其过程可以分成6个阶段。

　　其中，词法分析和语法分析本质上都是对源程序的结构进行分析。而语义分析和中间代码生成所依据的是语言的语义规则，一般采用语法指导翻译和中间代码生成。

　　自底向上分析法采用一个后进先出栈的数据结构，是移进-规约过程(找出句柄)。

　　自顶向下分析法必须改写文法，采用预测分析法，要消除左递归和提取公共左因子。

　　编译过程6个阶段的任务以及表格管理和出错处理工作可分别由几个模块或程序完成，他们分别称作词法分析程序、语法分析程序、语义分析程序，中间代码生成程序、代码优化程序、目标代码生成程序、表格管理程序和出错处理程序。

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