Процесс компиляции, структура компилятора, проходы компилятора

Процесс компиляции разделяется на несколько этапов:

1. 
   Препроцессор. Исходная программа обрабатывается путём подстановки имеющихся макросов и заголовочных файлов.
   
2. 
   Лексический и синтаксический анализ. Программа преобразовывается в цепочку лексем, а затем во внутреннее представление в виде дерева.
   
3. 
   Глобальная оптимизация. Внутреннее представление программы неоднократно преобразовывается с целью сокращения размера и времени исполнения программы.
   
4. 
   Генерация кода. Внутреннее представление преобразовывается в блоки команд процессора, которые преобразовываются в ассемблеровский текст или в объектный код.
   
5. 
   Ассемблирование. Если генерируется ассемблерный текст, производится его ассемблирование с целью получения объектного кода.
   
6. 
   Сборка. Сборщик соединяет несколько объектных файлов в исполняемый файл или библиотеку.
   

На фазе лексического анализа (ЛА) входная программа, представляющая собой поток символов, разбивается на лексемы - слова в соответствии с определениями языка. Основным формализмом, лежащим в основе реализации лексических анализаторов, являются конечные автоматы и регулярные выражения. Лексический анализатор может работать в двух основных режимах: либо как подпрограмма, вызываемая синтаксическим анализатором за очередной лексемой, либо как полный проход, результатом которого является файл лексем. В процессе выделения лексем ЛА может как самостоятельно строить таблицы имен и констант, так и выдавать значения для каждой лексемы при очередном обращении к нему. В этом случае таблица имен строится в последующих фазах (например, в процессе синтаксического анализа).

На этапе ЛА обнаруживаются некоторые (простейшие) ошибки (недопустимые символы, неправильная запись чисел, идентификаторов и др.).

Основная задача синтаксического анализа - разбор структуры программы. Как правило, под структурой понимается дерево, соответствующее разбору в контекстно-свободной грамматике языка. В настоящее время чаще всего используется либо LL(1)- анализ (и его вариант - рекурсивный спуск), либо LR(1)-анализ и его варианты (LR(0), SLR(1), LALR(1) и другие). Рекурсивный спуск чаще используется при ручном программировании синтаксического анализатора, LR(1) - при использовании систем автоматизации построения синтаксических анализаторов.

Результатом синтаксического анализа является синтаксическое дерево со ссылками на таблицу имен. В процессе синтаксического анализа также обнаруживаются ошибки, связанные со структурой программы.

На этапе контекстного анализа выявляются зависимости между частями программы, которые не могут быть описаны контекстно- свободным синтаксисом. Это в основном связи "описание- использование", в частности анализ типов объектов, анализ областей видимости, соответствие параметров, метки и другие. В процессе контекстного анализа строится таблица символов, которую можно рассматривать как таблицу имен, пополненную информацией об описаниях (свойствах) объектов.

Основным формализмом, использующимся при контекстном анализе, являются атрибутные грамматики. Результатом работы фазы контекстного анализа является атрибутированное дерево программы. Информация об объектах может быть как рассредоточена в самом дереве, так и сосредоточена в отдельных таблицах символов. В процессе контекстного анализа также могут быть обнаружены ошибки, связанные с неправильным использованием объектов.

Затем программа может быть переведена во внутреннее представление. Это делается для целей оптимизации и/или удобства генерации кода. Еще одной целью преобразования программы во внутреннее представление является желание иметь переносимый компилятор. Тогда только последняя фаза (генерация кода) является машинно-зависимой. В качестве внутреннего представления может использоваться префиксная или постфиксная запись, ориентированный граф, тройки, четверки и другие.

Наконец, генерация кода - последняя фаза трансляции. Результатом ее является либо ассемблерный модуль, либо объектный (или загрузочный) модуль. В процессе генерации кода могут выполняться некоторые локальные оптимизации, такие как распределение регистров, выбор длинных или коротких переходов, учет стоимости команд при выборе конкретной последовательности команд. Для генерации кода разработаны различные методы, такие как таблицы решений, сопоставление образцов, включающее динамическое программирование, различные синтаксические методы.

Конечно, те или иные фазы транслятора могут либо отсутствовать совсем, либо объединяться. В простейшем случае однопроходного транслятора нет явной фазы генерации промежуточного представления и оптимизации, остальные фазы объединены в одну, причем нет и явно построенного синтаксического дерева.

Принципы работы сред программирования

Следует отличать язык программирования от его реализации, которая обычно представлена в составе среды программирования (Quick Basic, Virtual Pascal) - набора средств для редактирования исходных текстов, генерации исполняемого кода, отладки, управления проектами и т.д. Каждая среда программирования предоставляет свой интерпретатор или компилятор с этого языка, который зачастую допускает использование конструкций, не фиксированных в стандарте.

Разработка программ на Паскале включает в себя следующие действия (этапы разработки программы): ввод и редактирование текста программы на языке программирования Паскаль, ее трансляцию, отладку.

Для выполнения каждого этапа применяются специальные средства: для ввода и редактирования текста используется редактор текстов, для трансляции программы — компилятор, для построения исполняемого компьютером программного модуля с объединением разрозненных откомпилированных модулей и библиотекой стандартных процедур Паскаля — компоновщик (linker), для отладки программ с анализом ее поведения, поиском ошибок, просмотром и изменением содержимого ячеек памяти компьютера — отладчик (debugger).

Для повышения качества и скорости разработки программ в середине 80-х гг. была создана система программирования Турбо Паскаль. Слово Турбо в названии системы программирования — это отражение торговой марки фирмы-разработчика Borland International, Inc. (США).

Систему программирования Турбо Паскаль называют интегрированной (integration — объединение отдельных элементов в единое целое) средой программирования, так как она объединяет в себе возможности ранее разрозненных средств, используемых при разработке программ: редактора текстов, компилятора, компоновщика, отладчика, и при этом обеспечивает программисту великолепные сервисные возможности. Часто ее кратко называют IDE (Integrated Development Environment — интегрированная среда разработки).

Интегрированная среда программирования Турбо Паскаль версий 6.0 и 7.0 имеет следующие возможности:

• 
  множество накладывающихся окон;
  
• 
  поддержка мыши, меню, диалоговых окон;
  
• 
  многофайловый редактор, который может редактировать файлы до 1 Мбайта;
  
• 
  расширенные возможности отладки;
  
• 
  полное сохранение и восстановление среды разработки.
  

Если допустим, что система программирования Турбо Паскаль установлена на диске D: в каталоге D:\BORLAND\BP, то в каталоге ..\ВР находятся следующие основные файлы Турбо Паскаля:

В каталоге D:\BORLAND\BP\BGI находятся файлы, необходимые для работы в графическом режиме: GRAPH.TPU — модуль с графическими процедурами и функциями Турбо Паскаля, несколько файлов с расширением .BGI — драйверы различных типов видеосистем компьютеров, несколько файлов с расширением .CHR, содержащих векторные шрифты.

Для вызова Турбо Паскаля необходимо отыскать в древовидной структуре каталогов ПК этот каталог и в нем файл TURBO.EXE. Этот файл содержит готовую к работе диалоговую систему программирования Турбо Паскаль.

Окна Турбо Паскаля

Почти все, что вы видите и делаете в среде Турбо Паскаль, происходит в окнах. Окно — это область экрана, которую можно перемещать, изменять в размере, перекрывать, закрывать и открывать.

Интегрированная среда программирования Турбо Паскаль 6.0,7.0 позволяет иметь любое количество открытых окон, но в любой момент времени может быть активным только одно окно. Активное окно — это окно, с которым вы в настоящий момент времени работаете. Любая команда, которую вы выбрали, или текст, который вы набрали, относится только к активному окну. (Если один и тот же файл открыт в нескольких окнах, действие будет применяться к файлу везде).

Справочная система Турбо Паскаль

Интегрированная среда программирования Турбо Паскаль 6.0, 7.0 отличается расширенными возможностями встроенной справочной системы, которая позволяет программисту не только получить контекстно-ориентированную справочную информацию, но и делать вырезки и вставки кода примеров для каждой библиотечной процедуры и функции в текст своей программы, возвратиться назад к другим экранам подсказки (клавиши Alt+Fl), воспользоваться подсказкой по справочной информации (клавиша F1, если вы уже находитесь в системе справочной информации).

Для получения справочной информации (за исключением случаев, когда управление переходит к вашей программе) нужно нажать клавишу F1 или отметить мышью нужный пункт меню Help. Меню Help (клавиша Alt+H) обеспечивает вас таблицей содержания системы справочной информации, подробным оглавлением, способностями поиска (Ctrl+F1). Любой экран справочной информации может содержать одно ключевое слово или несколько ключевых слов (высвеченных элементов), по которым можно получить дополнительную справочную информацию.

Составной частью интегрированной среды разработки программ является редактор Турбо Паскаль, который имеет следующие возможности:

• 
  поддержку мыши;
  
• 
  поддержку больших файлов (до 1 Мбайта; ограничение в 2 Мбайта для всех комбинаций редактора);
  
• 
  Shift + клавиши со стрелками — для выбора текста;
  
• 
  окна редактора, которые можно передвигать, перекрывать и изменять в размере;
  
• 
  мультифайловые возможности, что позволяет открывать несколько файлов одновременно;
  
• 
  многочисленные окна, позволяющие иметь несколько представлений одного и того же файла или разных файлов;
  
• 
  разумный макроязык, позволяющий создавать свои собственные команды редактирования;
  
• 
  брать текст или примеры из окна справочной информации;
  
• 
  редактируемый карман, допускающий вырезание, копирование и его передачу между окнами.
  

Интегрированная система программирования Турбо Паскаль включает в себя средства для трансляции программ и их отладки (компилятор, компоновщик, отладчик). Быстрое управление этими средствами с помощью "горячих клавиш", описанных в справочной системе и пунктах подменю.

Для запуска среды программирования Турбо Паскаль введите команду TURBO и нажмите Enter. После запуска программы на экране раскроется окно редактирования. Введите текст программы. Для удаления неверно введенных символов используйте Backspace и Delete, а для перемещения внутри окна редактора используйте клавиши со стрелками. Для завершения ввода нажимайте Enter в конце каждой строки. Для использования дополнительных возможностей нажатием клавиш Alt+Fl вызывайте локальное меню.

Выполните компиляцию программы, для чего нажмите Alt+F9. Если вы ввели текст правильно, то на экран будет выведено сообщение об успешности компиляции.

В ответ на сообщение "Compile successful" (компиляция успешна) нажмите любую клавишу.

Если вам требуется записать программу как исполняемый файл (с расширением .ехе) на магнитный диск, то выберите в главном меню пункт Compile, в котором выберите опцию Destination (назначение), и если справа от нее стоит слово Memory (память), указывающее, что выполняемый код будет храниться в памяти, нажмите клавишу Enter или щелкните левую кнопку мыши (при этом установка назначения изменится и станет Disk (диск).

Если опция Destination установлена в Disk, что указывает на запись выполняемого кода на магнитный диск в виде файла с расширением .ехе, то перейдите к опции Make этого пункта меню.

После установки назначения для создания .ехе-файла на магнитном диске выберите в меню Compile опцию Make (сборка) или нажмите клавишу F9. При этом выполняется создание .ехе-файла на диске.

Исполнение программы

В ответ на сообщение "Compile successful" (компиляция успешна) нажмите любую клавишу. Запустите программу на исполнение клавишами Ctrl+F9. После этого раскроется экран пользователя, и на нем появится результат работы программы.

Чтобы посмотреть результат выполнения программы на экране пользователя, выберите Window/User Screen (или нажмите Alt+F5).

Изучите информацию, выведенную программой на экран пользователя, сопоставьте ее с ожидаемой и оцените правильность выполнения программы. Для возврата в среду Турбо Паскаль снова нажмите клавиши Alt+F5.

Сохранение программы на диске

Пока файл текста первой программы имеет имя NONAMEOO, т. е. ему не присвоено конкретного имени. Сохраните текст программы на диске. Имя программного файла должно отражать назначение программы и быть уникальным.

Запишите программу на диск под нужным именем, для чего клавишами Alt+F перейдите в File-меню, выберите пункт "Save as ..." (записать под новым именем).

Завершите работу интегрированной среды программирования Турбо Паскаль, для чего клавишами Alt+F перейдите в File-меню, в этом меню выберите пункт "Exit" или нажмите Alt+X.

Запустите интегрированную среду программирования Турбо Паскаль и считайте файл с текстом программы, для чего клавишами Alt+F перейдите в File-меню, выберите пункт "Open" (открыть файл) или нажмите клавишу F3. На экран компьютера будет выведено окно выбора открываемого файла из списка.

Нажимая клавиши Tab или Shift+Tab для перехода от одного элемента к другому (каждый элемент, когда он становится активным, высвечивается), перейдите к окну списка Files и установите текущим директорий D:\BORLAND\ BPVTUTOR, из которого нужно считать файл текста программы. Установите курсор (подсветите) файл .PAS, после этого нажатием клавиши Tab выберите кнопку [Open]. Если вы передумали, то выберите кнопку [Cancel] или нажмите клавишу Esc.

Получение справочной информации по редактору

Для получения справочной информации по операциям редактирования клавишей F1 вызовите экран подсказки; нажимая клавишу PageDown, перейдите к перечню подсказок о функциях редактирования.

Часто по результатам компиляции на экран компьютера выводится сообщение об ошибке. Это объясняется тем, что язык программирования Паскаль имеет грамматические правила, которые нужно выполнять. Наиболее частыми ошибками начинающих программистов на языке Паскаль бывают:

или

и другие.

С дискретностью семантической информации тесно связана и ее структура, которая имеет явно выраженный иерархический характер. В этой структуре также можно различать содержательный и формальный аспекты. При рассмотрении обоих аспектов видно, что чем выше уровень иерархии, тем большую специфику имеет класс информации. В содержательной структуре это связано с ростом кумулятивности информации. Такими классами служат:

• 
  факты;
  
• 
  гипотезы, теории и концепции;
  
• 
  основы областей знания;
  
• 
  мировоззрение.
  

Напомним, что к базовым типам относятся:

• 
  целочисленный тип;
  
• 
  действительный тип;
  
• 
  логический тип;
  
• 
  символьный тип;
  
• 
  строковый тип.
  

• 
  порядковый тип;
  
• 
  перечислимый тип.
  

• 
  множества;
  
• 
  массивы;
  
• 
  записи;
  
• 
  файлы;
  
• 
  объектный тип (тип класса);
  
• 
  тип ссылки на класс.
  

В отличие от простых типов, которые определяются линейно, структурированные типы могут иметь сложную структуру, то есть включать в себя другие типы.