編譯器
編譯器(compiler),是一種電腦程式,它會將用某種程式語言寫成的原始碼(原始語言),轉換成另一種程式語言(目標語言)。
它主要的目的是將便於人編寫、閱讀、維護的高級計算機語言所寫作的原始碼程式,翻譯為計算機能解讀、運行的低階機器語言的程式,也就是執行檔。編譯器將原始程式(source program)作為輸入,翻譯產生使用目標語言(target language)的等價程式。原始碼一般為高階語言(High-level language),如Pascal、C、C++、C# 、Java等,而目標語言則是彙編語言或目標機器的目標代碼(Object code),有時也稱作機器代碼(Machine code)。
一個現代編譯器的主要工作流程如下:
原始碼(source code)→預處理器(preprocessor)→編譯器(compiler)→彙編程式(assembler)→目標代碼(object code)→連結器(Linker)→執行檔(executables), 最後打包好的檔案就可以給電腦去判讀運行了。
歷史
早期的計算機軟體都是用彙編語言直接編寫的,這種狀況持續了數年。當人們發現為不同類型的CPU編寫可重用軟體的開銷要明顯高於編寫編譯器時,人們發明了高級程式語言。由於早期的計算機的記憶體很少,當大家實現編譯器時,遇到了許多技術難題。
大約在20世紀50年代末期,與機器無關的程式語言被首次提出。隨後,人們開發了幾種實驗性質的編譯器。第一個編譯器是由美國女性計算機科學家葛麗絲·霍普(Grace Murray Hopper)於1952年為A-0系統編寫的。但是1957年由任職於IBM的美國計算機科學家約翰·巴科斯(John Warner Backus)領導的FORTRAN則是第一個被實現出具備完整功能的編譯器。1960年,COBOL成為一種較早的能在多種架構下被編譯的語言。
高級語言在許多領域流行起來。由於新的程式語言支持的功能越來越多,計算機的架構越來越複雜,這使得編譯器也越來越複雜。
早期的編譯器是用彙編語言編寫的。首個能編譯自己源程式的編譯器是在1962年由麻省理工學院的Hart和Levin製作的。從20世紀70年代起,實現能編譯自己源程式的編譯器變得越來越可行,不過還是用Pascal和C語言來實現編譯器更加流行。製作某種語言的第一個能編譯器,要么需要用其它語言來編寫,要么就像Hart和Levin製作Lisp編譯器那樣,用解釋器來運行編譯器。
教學用的編譯器
編譯器的構造與最佳化是計算機專業的大學課程,課程名稱一般為“編譯原理”或“編譯器”。通常在課程中包含了如何實現一種教學用程式語言的編譯器。一個著名的例子是20世紀70年代,瑞士計算機科學家尼克勞斯·維爾特(Niklaus Emil Wirth)用於講解編譯器的構造時使用的PL/0編譯器。儘管它很簡單,PL/0編譯器介紹了這個領域的幾個有影響的概念:
逐步求精的程式開發(也是 1971年 Wirth 的論文的標題)。
使用遞歸下降解析器。
使用EBNF指定語言的語法。
代碼生成器產生便攜P-code。
在自舉問題的正式描述中使用T-diagram。
1.逐步求精的程式開發(也是 1971年 Wirth 的論文的標題)。
2.使用遞歸下降解析器。
3.使用EBNF指定語言的語法。
4.代碼生成器產生便攜P-code。
5.在自舉問題的正式描述中使用T-diagram。
編譯器輸出
編譯器的一種分類方式是按照生成代碼所運行的系統平台劃分,這個平台稱為目標平台。
有一些編譯器輸出的代碼,將運行於與編譯器所在相同類型的計算機和作業系統之上,這種編譯器叫做本地編譯器。輸出可以運行於不同的平台之上的編譯器,叫做交叉編譯器。由於嵌入式系統通常沒有軟體開發環境,因此,為這類系統開發軟體時,通常需要使用交叉編譯器。
編譯器所輸出於虛擬機上運行之代碼,編譯器和編譯器輸出的運行平台有可能相同,也有可能不同。因此,對於這類編譯器,不去區分它是本地編譯器還是交叉編譯器。
即時編譯
即時編譯(英語:Just-in-time compilation),又譯 及時編譯、 實時編譯,動態編譯的一種形式,是一種提高程式運行效率的方法。通常,程式有兩種運行方式:靜態編譯與動態解釋。靜態編譯的程式在執行前全部被翻譯為機器碼,而解釋執行的則是一句一句邊運行邊翻譯。
即時編譯器則混合了這二者,一句一句編譯原始碼,但是會將翻譯過的代碼快取起來以降低性能損耗。相對於靜態編譯代碼,即時編譯的代碼可以處理延遲綁定並增強安全性。
即時編譯器有兩種類型,一是位元組碼翻譯,二是動態編譯翻譯。
微軟的.NET Framework,還有絕大多數的Java實現,都依賴即時編譯以提供高速的代碼執行。Mozilla Firefox使用的JavaScript引擎SpiderMonkey也用到了JIT的技術。Ruby的第三方實現Rubinius和Python的第三方實現PyPy也都通過JIT來明顯改善了解釋器的性能。
參見
•軟體主題
•電腦程式設計主題
•計算機科學主題
•連結器
•直譯器