編譯器優化原理

① 編譯原理

編譯原理是計算機科學中的一慎昌門重要課程，主要研究如段配何將高級程序語言轉化為機器語言寬燃扒的過程。它涉及到多個領域，如語言學、數學、計算機硬體和操作系統等。編譯器是實現這一過程的關鍵工具，它可以將程序源代碼轉化為可執行的機器代碼。

② C語言編譯原理

編譯共分為四個階段：預處理階段、編譯階段、匯編階段、鏈接階段。

1、預處理階段：

主要工作是將頭文件插入到所寫的代碼中，生成擴展名為「.i」的文件替換原來的擴展名為「.c」的文件，但是原來的文件仍然保留，只是執行過程中的實際文件發生了改變。（這里所說的替換並不是指原來的文件被刪除）

2、匯編階段：

插入匯編語言程序，將代碼翻譯成匯編語言。編譯器首先要檢查代碼的規范性、是否有語法錯誤等，以確定代碼的實際要做的工作，在檢查無誤後，編譯器把代碼翻譯成匯編語言，同時將擴展名為「.i」的文件翻譯成擴展名為「.s」的文件。

3、編譯階段：

將匯編語言翻譯成機器語言指令，並將指令打包封存成可重定位目標程序的格式,將擴展名為「.s」的文件翻譯成擴展名為「.o」的二進制文件。

4、鏈接階段：

在示例代碼中，改代碼文件調用了標准庫中printf函數。而printf函數的實際存儲位置是一個單獨編譯的目標文件（編譯的結果也是擴展名為「.o」的文件），所以此時主函數調用的時候，需要將該文件（即printf函數所在的編譯文件）與hello world文件整合到一起，此時鏈接器就可以大顯神通了，將兩個文件合並後生成一個可執行目標文件。

③ 編譯器有哪幾部分構成.編譯原理

1. 詞法分析

詞法分析器根據詞法規則識別出源程序
中的各個記號（token）,每個記號代表一類單詞（lexeme）。源程序中常見的記號可以歸為幾大類：關鍵字、標識符、字面量和特殊符號。詞法分析器
的輸入是源程序,輸出是識別的記號流。詞法分析器的任務是把源文件的字元流轉換成記號流。本質上它查看連續的字元然後把它們識別為「單詞」。

2. 語法分析

語法分析器根據語法規則識別出記號流中的結構（短語、句子）,並構造一棵能夠正確反映該結構的語法樹。

3. 語義分析

語義分析器根據語義規則對語法樹中的語法單元進行靜態語義檢查,如果類型檢查和轉換等,其目的在於保證語法正確的結構在語義上也是合法的。

4. 中間代碼生成

中間代碼生成器根據語義分析器的輸出生成中間代碼。中間代碼可以有若干種形式,它們的共同特徵是與具體機器無關。最常用的一種中間代碼是三地址碼,它的一種實現方式是四元式。三地址碼的優點是便於閱讀、便於優化。

④ 什麼是編譯原理

編譯原理是計算機專業的一門重要專業課，旨在介紹編譯程序構造的一般原理和基本方法。內容包括語言和文法、詞法分析、語法分析、語法制導翻譯、中間代碼生成、存儲管理、代碼優化和目標代碼生成。 編譯原理是計算機專業設置的一門重要的專業課程。雖然只有少數人從事編譯方面的工作，但是這門課在理論、技術、方法上都對學生提供了系統而有效的訓練，有利於提高軟體人員的素質和能力。
這門課程關注的是編譯器方面的產生原理和技術問題，似乎和計算機的基礎領域不沾邊，可是編譯原理卻一直作為大學本科的 必修課程，同時也成為了研究生入學考試的必考內容。編譯原理及技術從本質上來講就是一個演算法問題而已，當然由於這個問題十分復雜，其解決演算法也相對復雜。 我們學的數據結構與演算法分析也是講演算法的，不過講的基礎演算法，換句話說講的是演算法導論，而編譯原理這門課程講的就是比較專註解決一種的演算法了。在20世紀 50年代，編譯器的編寫一直被認為是十分困難的事情，第一Fortran的編譯器據說花了18年的時間才完成。在人們嘗試編寫編譯器的同時，誕生了許多跟 編譯相關的理論和技術，而這些理論和技術比一個實際的編譯器本身價值更大。就猶如數學家們在解決著名的哥德巴赫猜想一樣，雖然沒有最終解決問題，但是其間 誕生不少名著的相關數論。

⑤ 什麼是編譯器

編譯器

編譯器是一種特殊的程序，它可以把以特定編程語言寫成的程序變為機器可以運行的機器碼。我們把一個程序寫好，這時我們利用的環境是文本編輯器。這時我程序把程序稱為源程序。在此以後程序員可以運行相應的編譯器，通過指定需要編譯的文件的名稱就可以把相應的源文件（通過一個復雜的過程）轉化為機器碼了。

[編輯]編譯器工作方法
首先編譯器進行語法分析，也就是要把那些字元串分離出來。然後進行語義分析，就是把各個由語法分析分析出的語法單元的意義搞清楚。最後生成的是目標文件，我們也稱為obj文件。再經過鏈接器的鏈接就可以生成最後的可執行代碼了。有些時候我們需要把多個文件產生的目標文件進行鏈接，產生最後的代碼。我們把一過程稱為交叉鏈接。

一個現代編譯器的主要工作流程如下：

* 源程序（source code）→預處理器（preprocessor）→編譯器（compiler）→匯編程序（assembler）→目標程序（object code）→連接器（鏈接器，Linker）→可執行程序（executables）

工作原理

編譯是從源代碼（通常為高級語言）到能直接被計算機或虛擬機執行的目標代碼（通常為低級語言或機器言）。然而，也存在從低級語言到高級語言的編譯器，這類編譯器中用來從由高級語言生成的低級語言代碼重新生成高級語言代碼的又被叫做反編譯器。也有從一種高級語言生成另一種高級語言的編譯器，或者生成一種需要進一步處理的的中間代碼的編譯器（又叫級聯）。

典型的編譯器輸出是由包含入口點的名字和地址以及外部調用（到不在這個目標文件中的函數調用）的機器代碼所組成的目標文件。一組目標文件，不必是同一編譯器產生，但使用的編譯器必需採用同樣的輸出格式，可以鏈接在一起並生成可以由用戶直接執行的可執行程序。

編譯器種類

編譯器可以生成用來在與編譯器本身所在的計算機和操作系統（平台）相同的環境下運行的目標代碼，這種編譯器又叫做「本地」編譯器。另外，編譯器也可以生成用來在其它平台上運行的目標代碼，這種編譯器又叫做交叉編譯器。交叉編譯器在生成新的硬體平台時非常有用。「源碼到源碼編譯器」是指用一種高級語言作為輸入，輸出也是高級語言的編譯器。例如: 自動並行化編譯器經常採用一種高級語言作為輸入，轉換其中的代碼，並用並行代碼注釋對它進行注釋（如OpenMP）或者用語言構造進行注釋（如FORTRAN的DOALL指令）。

預處理器（preprocessor）

作用是通過代入預定義等程序段將源程序補充完整。

編譯器前端（frontend）

前端主要負責解析（parse）輸入的源程序，由詞法分析器和語法分析器協同工作。詞法分析器負責把源程序中的『單詞』（Token）找出來,語法分析器把這些分散的單詞按預先定義好的語法組裝成有意義的表達式，語句 ，函數等等。 例如「a = b + c;」前端詞法分析器看到的是「a, =, b , +, c;」，語法分析器按定義的語法，先把他們組裝成表達式「b + c」，再組裝成「a = b + c」的語句。 前端還負責語義（semantic checking）的檢查，例如檢測參與運算的變數是否是同一類型的，簡單的錯誤處理。最終的結果常常是一個抽象的語法樹（abstract syntax tree，或 AST），這樣後端可以在此基礎上進一步優化，處理。

編譯器後端（backend）

編譯器後端主要負責分析，優化中間代碼（Intermediate representation）以及生成機器代碼（Code Generation）。

一般說來所有的編譯器分析，優化，變型都可以分成兩大類： 函數內（intraproceral）還是函數之間（interproceral）進行。很明顯，函數間的分析，優化更准確，但需要更長的時間來完成。

編譯器分析（compiler analysis）的對象是前端生成並傳遞過來的中間代碼，現代的優化型編譯器（optimizing compiler）常常用好幾種層次的中間代碼來表示程序，高層的中間代碼（high level IR）接近輸入的源程序的格式，與輸入語言相關（language dependent），包含更多的全局性的信息，和源程序的結構；中層的中間代碼（middle level IR）與輸入語言無關，低層的中間代碼(Low level IR)與機器語言類似。 不同的分析，優化發生在最適合的那一層中間代碼上。

常見的編譯分析有函數調用樹（call tree），控制流程圖（Control flow graph），以及在此基礎上的變數定義－使用，使用－定義鏈（define-use/use-define or u-d/d-u chain），變數別名分析（alias analysis），指針分析（pointer analysis），數據依賴分析（data dependence analysis）等等。

上述的程序分析結果是編譯器優化（compiler optimization）和程序變形（compiler transformation）的前提條件。常見的優化和變新有：函數內嵌（inlining），無用代碼刪除（Dead code elimination），標准化循環結構（loop normalization），循環體展開（loop unrolling），循環體合並，分裂（loop fusion，loop fission），數組填充（array padding），等等。優化和變形的目的是減少代碼的長度，提高內存（memory），緩存（cache）的使用率，減少讀寫磁碟，訪問網路數據的頻率。更高級的優化甚至可以把序列化的代碼（serial code）變成並行運算，多線程的代碼（parallelized，multi-threaded code）。

機器代碼的生成是優化變型後的中間代碼轉換成機器指令的過程。現代編譯器主要採用生成匯編代碼（assembly code）的策略，而不直接生成二進制的目標代碼（binary object code）。即使在代碼生成階段，高級編譯器仍然要做很多分析，優化，變形的工作。例如如何分配寄存器（register allocatioin），如何選擇合適的機器指令（instruction selection），如何合並幾句代碼成一句等等。