Россия, Челябинск, Южно-Уральский Государственный Университет (НИУ) |
Основы компиляторов
Методики создания компилятора
Написание компилятора может потребоваться в самых разнообразных условиях - для различных языков, целевых платформ, с различными требованиями к работе компилятора и т.д. Например, одна из типичных проблем написания компилятора связана с тем, что на целевой платформе могут отсутствовать подходящие средства для разработки. Именно так обычно обстоят дела при создании новой компьютерной архитектуры: на начальном этапе жизни компьютера системные программисты не имеют никаких средств разработки, кроме системы команд самого компьютера (на этом этапе даже ассемблер может отсутствовать). Бывают и такие случаи, когда компилятор создается для еще не существующей целевой платформы.
Таким образом, цели и условия написания компиляторов могут очень сильно варьироваться от одного проекта к другому. Поэтому существует целый ряд методик разработки компиляторов; мы остановимся на наиболее распространенных из них:
- прямой, в котором целевым языком и языком реализации является язык ассемблера
- метод раскрутки
- использование кросс-трансляторов
- использование виртуальных машин
- компиляция "на лету"
Метод раскрутки
Компилятор - это весьма большая и сложная программа; на написание и отладку компилятора на языке ассемблера можно истратить слишком много времени. Для того, чтобы как-то справиться с этой проблемой, был придуман метод раскрутки, суть которого заключается в следующем.
Пусть есть компилятор , где P - некоторый язык более высокого уровня, чем язык ассемблера. Тогда напишем
, а затем применим компилятор
к компилятору
, т.е. получим
. Такая схема проиллюстрирована с помощью Т-диаграмм на слайде и называется раскруткой ( bootstrapping2Название метода раскрутки произошло от фразы "to pull oneself up by one's bootstrap", т.е. "вытянуть себя за шнурки", аналогично легендарному методу барона Мюнхгаузена ); компилятор
как бы "раскручивается" с помощью компилятора
.
Описанная схема может быть использована при написании компилятора некоторого языка на нем самом. Пусть у нас есть компилятор некоторого подмножества S языка L в язык A, написанный на языке A, . Тогда мы можем написать
и получим новый компилятор
. Мы используем это подмножество S для того, чтобы написать компилятор языка L в язык A,
. Если теперь мы применим компилятор
к программе
, то получим
Впервые такая схема была применена в 1960 году при реализации языка Neliac. В 1971 году Вирт написал с использованием раскрутки транслятор языка Pascal, причем самый первый компилятор был оттранслирован вручную. Количество шагов раскрутки было больше 1, т.е. была построена последовательность языков и построена последовательность компиляторов:
.
Раскрутку можно использовать и в следующей ситуации. Пусть у нас есть недостаточно эффективный компилятор . Можно написать более эффективный компилятор
, а затем применить раскрутку.
Кросс-транслятор
Пусть у нас есть два компьютера: компьютер M с языком ассемблера A и компьютер с языком ассемблера
. Кроме того, предположим, что имеется компилятор
, а сам компьютер M по каким-то причинам не доступен либо пока еще не существует компилятор
. Нас интересует компилятор
. В такой ситуации мы можем использовать
в качестве инструментальной машины и написать компилятор
, который принято называть кросс-транслятором (cross-compiler) . Как только машина M станет доступной, мы сможем перенести
на M и "раскрутить" его с помощью
. Понятно, что это решение достаточно трудоемко, поскольку могут возникнуть проблемы при переносе, например, из-за различий операционных систем.
Под переносимой (portable) программой понимается программа, которая может без перетрансляции выполняться на нескольких (по меньшей мере, на двух) платформах. В связи с этим возникает вопрос о переносимости объектных программ, создаваемых компилятором. Компиляторы, созданные по методикам, рассмотренным выше, порождают непереносимые (non-portable) объектные программы. Поскольку компилятор, в конечном итоге, является программой, то мы можем говорить и о переносимых компиляторах. Одним из способов получения переносимых объектных программ является генерация объектной программы на языке более высокого уровня, чем язык ассемблера. Такие компиляторы иногда называют конвертерами (converter) .