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    編譯器一直是我比較喜歡的話題。編譯器是個比較神奇的工具，它可以把原來毫無意義的字符數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成一行一行可以執(zhí)行的代碼。作為每一個科班出身的同學(xué)來說，編譯原理都是專業(yè)學(xué)習(xí)中必須經(jīng)歷的一個部分。只是在后來的工作中，真正從事編譯器開發(fā)的同學(xué)少之又少，但是如果你懂得了編譯原理的相關(guān)機理，會給你的工作帶來很大的幫助。關(guān)于編譯原理的書很多，網(wǎng)上可以搜一下有阿霍版本的《編譯原理》，有陳火旺院士的《編譯原理》，張素琴版本的《編譯原理》，三本書我都覺得不錯。另外，現(xiàn)在關(guān)于編譯原理也有很多的開發(fā)工具，比如說lex&yacc，只要你會編寫基本的語法范式，設(shè)計自己的編譯器也不是什么難事。

    其實，現(xiàn)在的編譯器早已經(jīng)突破了原來的概念。比如說，編譯器最終的代碼不一定在實際機器上運行，可能是虛擬機；編譯器編譯語言時不一定需要生成可執(zhí)行文件，能解釋就行；編譯器最好并行編譯；編譯器不一定很大，可能十幾個文件就可以，比如說lua等等。不過，我們今天說的編譯器還是比較傳統(tǒng)的c編譯器，有興趣的同學(xué)可以看看編譯器是怎么幫助我們生成可執(zhí)行文件的。我們按照詞法、語法、語義、優(yōu)化的順序逐一展開?，F(xiàn)在假設(shè)有這樣一段代碼，

    （1）詞法分析

    詞法分析是整個文件編譯最基本的環(huán)節(jié)。上面的文件中就存在很多的字符，那我們就需要分別對它們進行處理。比如說，通常的分類很可能是這樣的，

    a）字符是否是數(shù)字，例如7，1，4

    b）字符是否是string類型，例如“p = %d”

    c）字符是否是關(guān)鍵字，例如define

    d）字符是否是變量，例如value，argc， argv， p

    e）字符是否是運算符， 例如 +

    f）字符是否是圓括號、方括號、花括號等等

    （2）語法分析

    語法分析的目的就是構(gòu)建一個語法樹，分析當(dāng)前的文件是否符合編程語言的文法結(jié)構(gòu)，比如說，

    a）整個字符串是否符合表達式要求

    b）字符串是否符合判斷語句要求

    c）字符串是否符合循環(huán)語句要求

    d）字符串是否符合函數(shù)要求

    e）字符串是否符合include語法要求

    f） 有沒有沒有未聲明就是用的變量等等；

    （3）語義分析

    語義分析有的時候和語法分析是聯(lián)系在一起的。但是，這里我們把它拆開來單獨成了一部分。所謂的語義分析，其實就是把前面生成的語法樹拆解下來，生成原子語句操作的過程。比如說，上面的文件很可能是這樣的形式，

    a）SET值為函數(shù)參數(shù)

    b）call為函數(shù)調(diào)用

    c）pop為堆棧平衡使用

    d）數(shù)據(jù)[inner]，表示當(dāng)前變量是函數(shù)中的臨時變量

    e）數(shù)據(jù)[param]，表示當(dāng)前變量是入?yún)?shù)

    f）temp表示編譯器為了自身計算方便，臨時添加的局部變量

    g）result表示返回值

    （4）代碼優(yōu)化

    代碼優(yōu)化是編譯器處理的一個重要環(huán)節(jié)，代碼優(yōu)化的目的主要是減少不必要的計算和處理，比如

    a）計算沒有使用價值的臨時變量

    b）除去沒有判斷價值的if語句

    c）對于某些const變量，編譯器提前計算，這里就可以對temp1提前計算

    d）其他優(yōu)化措施等等

    （5）生成匯編代碼

    在（3）中生成的代碼只是中間代碼，并不是完全意義上的匯編語言。所以，編譯器還需要把它翻譯成對應(yīng)的二進制代碼，比如說arm語言、x86語言或者是powerpc語言等等。當(dāng)然這中間還是存在一些技巧的，比如

    a）對于多參數(shù)的函數(shù)，某些cpu可以用寄存器代替，有些cpu用堆棧表示

    b）某些cpu需要對字節(jié)對齊，某些cpu則不需要

    c）某些cpu有字節(jié)序的要求，某些cpu則無所謂，而有的cpu則可選

    d）對于臨時變量，有的cpu可以寄存器表示，而有的cpu只能自己生成一個temp變量等等，

    說到這里，我們也可以自己小試一下身手，看看代碼怎么生成，熟悉x86代碼的同學(xué)也可以自己試試，

    （6）匯編級代碼優(yōu)化

    這里的優(yōu)化其實還挺多的，但是功能基本有限，無外乎就是，

    a）乘法轉(zhuǎn)變成移位

    b）除法轉(zhuǎn)變成移位

    c）寄存器優(yōu)化使用

    d）刪除寄存器的重復(fù)操作過程

    e）部分函數(shù)參數(shù)用寄存器代替等等

    （7）鏈接和生成可執(zhí)行文件

    在編譯過程中，我們常?？吹接行┐a編譯通過了，但是鏈接失敗了。這是很正常的事情，因為在最后生成的文件當(dāng)中，每一個變量和函數(shù)都應(yīng)該有出處，否則就會鏈接失敗。不管是什么系統(tǒng)平臺，鏈接都是個大學(xué)問。這個時候，做的事情其實還是比較多的，比如

    a）生成執(zhí)行文件，確定是否帶調(diào)試信息

    b）鏈接所有的變量和代碼

    c）生成map文件

    d）確定函數(shù)和變量的出處，一旦查找失敗，結(jié)束

    e）調(diào)整變量和函數(shù)代碼的位置，填寫文件結(jié)構(gòu)，生成最終可執(zhí)行文件