1.3 理解編譯系統——學習的第一步

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C語言是一門DOS環境下的開發語言，在執行前需要先將其編譯，才能正確運行執行結果。要想真正理解編譯系統的原理，重要的是要理解何謂“編譯”。編譯是一個過程，通過這個過程可以把高級語言變成計算機可以識別的二進制語言。計算機只認識1和0格式的二進制數據，編譯程序可以把人們熟悉的語言換成二進制的形式。

要想通過編譯把一個源程序翻譯成目標程序，所做的工作過程分為如下5個階段：

（1）詞法分析。

（2）語法分析。

（3）語義檢查中間代碼生成。

（4）代碼優化。

（5）目標代碼生成。

在上述過程中，最為主要的階段是進行詞法分析和語法分析，這又稱為源程序分析。如果在分析過程中發現有語法錯誤，會給出對應的提示信息。具體編譯流程如圖1-1所示。

接下來開始講解上述5個階段的具體過程。

1．詞法分析

詞法分析的任務是對由字符組成的單詞進行處理，從左至右逐個字符地對源程序進行掃描，產生一個個的單詞符號，把作為字符串的源程序改造成為單詞符號串的中間程序。執行詞法分析的程序稱為詞法分析程序或掃描器。

2．語法分析

編譯程序的語法分析器以單詞符號作為輸入，分析單詞符號串是否形成符合語法規則的語法單位，如表達式、賦值、循環等，最后看是否構成一個符合要求的程序，按該語言使用的語法規則分析檢查每條語句是否有正確的邏輯結構，程序是最終的一個語法單位。編譯程序的語法規則可用上下文無關文法來刻畫。語法分析的方法有兩種。

? 自上而下分析法：從文法的開始符號出發，向下推導，推出句子。

? 自下而上分析法：使用移進歸約法，基本思想是用一個寄存符號的先進后出棧，把輸入符號一個一個地移進棧里，當棧頂形成某個產生式的一個候選式時，即把棧頂的這一部分歸成該產生式的左鄰符號。

3．語義檢查中間代碼生成

中間代碼是源程序的一種內部表示，也稱為中間語言。中間代碼的作用是使編譯程序的結構在邏輯上更為簡單明確，特別是使目標代碼的優化更容易實現。中間代碼即為中間語言程序，中間語言的復雜性介于源程序語言和機器語言之間。中間語言有多種形式，其中最為常見的有4種：逆波蘭記號、四元式、三元式和樹。

4．代碼優化

代碼優化是指對程序進行多種等價變換，使得從變換后的程序出發，能生成更有效的目標代碼。所謂等價，是指不改變程序的運行結果。有效是指目標代碼運行時間較短，而且占用的存儲空間較小。這種變換稱為優化。

5．目標代碼生成

目標代碼生成是編譯的最后一個階段。通過目標代碼生成器，把語法分析后或優化后的中間代碼變換成目標代碼。

另外，還有下面兩個過程。

1．表格管理程序

編譯過程中源程序的各種信息被保留在不同的表格中，編譯各階段的工作都涉及構造、查找或更新有關的表格。

2．出錯處理程序

如果編譯過程中發現源程序有錯誤，編譯程序將報告錯誤的性質和錯誤發生的地點，并且將錯誤所造成的影響限制在盡可能小的范圍內，使得源程序的其余部分能繼續被編譯下去。有些編譯程序還能自動糾正錯誤，這些工作由錯誤處理程序完成。

了解了“編譯”過程后，整個編譯系統概念便一目了然。編譯系統就是按照編譯原理集合而成的一種機制，這種機制能夠實現對程序語言的上述處理。

系統編譯與發布是在系統編碼之后執行的一項基本操作。編譯是用于生成可執行代碼，發布是將編譯之后的可運行版本發布到服務器，以供用戶使用。在編譯過程中，編譯器將代碼翻譯成中間語言（MSIL）。運行時會將MSIL翻譯成CPU特定的指令，以便計算機上的處理器運行應用程序。應用程序通過編譯可以提高代碼的運行速度，增加代碼的安全性和穩定性。

因為C語言獨有的DOS環境特性，所以，在編譯時會變得十分麻煩。但是幸好已經有多種編譯器工具，通過這些工具可以簡捷實現對C語言程序的編譯、運行和調試。例如通過專用的編譯器，可以對1.2節中的C語言代碼進行編譯和運行處理，假設使用Turbo C進行編譯。

在Turbo C中編寫上述代碼后，可以按下【F9】鍵進行編譯并鏈接，成功后彈出成功提示，如圖1-2所示。