4861

Общая схема работы компилятора С++. Назначение и функционирование редактора связей. Загрузчик

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Общая схема работы компилятора С++. Назначение и функционирование редактора связей. Загрузчик. Для оптимизации процесса перевода программы с С++ на машинный язык процесс трансляции разбивают на два этапа: промежуточная трансляция в набор объектных м...

Русский

2012-11-28

52 KB

32 чел.

Общая схема работы компилятора С++. Назначение и функционирование редактора связей. Загрузчик.

Для оптимизации процесса перевода программы с С++ на машинный язык процесс трансляции разбивают на два этапа: промежуточная трансляция в набор объектных модулей – компиляция и связывание объектных модулей в исполняемый файл – компоновка. Соответственно, программы, реализующие эти два этапа, называют компилятором и компоновщиком или редактором связей. Поскольку, как правило, оба этих инструмента предоставляются их разработчиками в паре, то часто под компиляцией (сборкой) подразумевают целиком весь процесс обработки исходного кода на С++ с получением итогового результата в виде исполняемого файла.

Кроме того, непосредственно перед передачей компилятору, исходный код программы проходит предварительную обработку препроцессором. Назначение препроцессора – обеспечение возможности разбиения больших программ на несколько взаимосвязанных частей – модулей, раскрытие сокращений – макросов, обработка некоторых параметров конфигурации компилятора и т.п.

Процесс компиляции представляет собой последовательность фаз, каждая из который преобразует одно представление программы в другое.

Лексический анализ: эту часть компилятора выполняет сканер, который читает литеры программы (символы) на исходном языке и строит из них слова (лексемы) языка. Для каждой построенной лексемы анализатор строит токен вида <id, attrib>. id – имя токена, представляет собой внутренний идентификатор, используемый на следующем этапе компиляции – синтаксическом разборе, а значение attrib указывает на соответствующую этому токену запись в специальной таблице символов, построенной анализатором. Эта информация используется на дальнейших этапах компиляции.

Например, для выражения

a = b + c / 100;

лексический анализатор выделит следующие лексемы: <a>, <=>, <b>, <+>, <c>, </>, <100>. Пробелы и другие разделительные символы анализатором автоматически отбрасываются. Для лексем <a>, <b>, <c> (представляющих переменные) может быть сформирована таблица символов вида:

В результате лексического анализа исходное выражение будет представлено в виде последовательности токенов:

 <id, 1> <=> <id, 2> <+> <id, 3> </> <100>

Здесь токены <=>, <+>, </> представляют собой абстрактные символы для операций присваивания, сложения и деления соответственно.

Следующая фаза – синтаксический разбор. Здесь используются идентификаторы токенов для построения промежуточного древовидного представления программы, описывающего её грамматическую структуру. Чаще всего таким представлением является синтаксическое дерево, в котором каждый внутренний узел представляет операцию, а его дочерние узлы – аргументы этой операции. Синтаксическое дерево определяет порядок, в котором выполняются операции.

Далее выполняется этап семантического анализа, на котором используется построенное синтаксическое дерево и информация из таблицы символов для проверки исходной программы на смысловое соответствие с правилами языка. Важной частью семантического анализа является проверка типов, когда компилятор проверяет, имеет ли каждый оператор аргументы соответствующего типа, и выполняет приведение типов, если оно допустимо.

После этого компилятор генерирует явное машинное промежуточное представление исходной программы. Выполняется оптимизация промежуточного кода: удаление избыточных инструкций, упрощение кода с обязательным сохранением его семантики и т.п.

Финальной фазой компиляции является генерация кода – из промежуточного представления исходной программы порождается программа в машинном коде. Чаще всего, компиляторы С++ реализуют механизм раздельной компиляции, при котором модули исходной программы обрабатываются отдельно. Такой подход обладает рядом преимуществ: для крупных программ, исходный код которых представлен большим количеством файлов-модулей, при внесении небольших изменений в отдельно взятый файл удобно иметь возможность перекомпилировать только соответствующий ему объектный модуль (и все, непосредственно от него зависящие), не затрагивая остальные.

Результатом работы компилятора является машинное представление программы в виде набора объектных модулей. Такой машинный код ещё не может быть исполнен компьютером, поскольку он содержит ряд неразрешенных ссылок на объекты других модулей и библиотек. Разрешение таких ссылок берет на себя компоновщик. Если по каким-то причинам один из объектных модулей или требуемая библиотека не обнаружены, компоновщик сообщит об ошибке сборки. При успешном разрешении всех связей, на выходе компоновщик собирает готовый исполняемый файл.

Несмотря на то, что, по сути, программа представляет собой реализацию некоторого абстрактного алгоритма действий, любая программа неизбежно потребует выполнения операций, затрагивающих общие ресурсы компьютера, например, выделение памяти, чтение или запись файлов и т.п. Управление ресурсами компьютера обеспечивается операционной системой, поэтому собранная программа всегда ориентирована на работу в контексте определенной операционной системы. За запуск готовых программ в операционной системе отвечает загрузчик – специальный инструмент (как правило, являющийся частью системы), выполняющий подготовительную работу для возможности начала работы программы.

Загрузчик считывает данные из исполняемого файла, проверяет соответствие их определенному формату, при необходимости, загружает в память требуемые дополнительные библиотеки и связывает их с программой, и наконец, создает соответствующий образ процесса и вносит его в очередь на исполнение.


1

2

3

b

c

<=>

<id, 2>

<id, 3>

<+>

</>

<id, 1>

<60>

файл 1

файл 2

файл 3

файл 4

файл 5

                                        компилятор

редактор связей

объектный модуль 1

объектный модуль 2

объектный модуль 3

объектный модуль 4

объектный модуль 5

новый

объектный модуль 1

новый

объектный модуль 2

исполняемый файл


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11290. Изучение явления интерференции света при помощи бипризмы Френеля 273.5 KB
  Изучение явления интерференции света при помощи бипризмы Френеля Указания содержат краткое описание рабочей установки и методику получения интерференции с помощью бипризмы Френеля. Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей в
11291. ОПЫТ ФРАНКА И ГЕРЦА 202 KB
  ОПЫТ ФРАНКА И ГЕРЦА Цель работы. 1.Определение первого потенциала возбуждения атомов инертного газа аргон или криптон по вольтамперной зависимости IU электронной лампы. 2. Определение энергии возбуждения атомов инертного газа длины волны и массы излученного фот
11292. Электропроводность полупроводников 666 KB
  Электропроводность полупроводников Указания содержат краткие сведения об электропроводности полупроводников основы зонной теории твердых тел и порядок выполнения лабораторной работы. Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы студен...
11293. Вольт-амперные характеристики p-n переходов 521.5 KB
  Вольтамперные характеристики pn переходов В краткой форме рассмотрены процессы протекающие в pn переходе полупроводникового диода. Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения в лабораторном практикуме по физик
11294. Изучение явления поглощения света 635 KB
  Изучение явления поглощения света Указания содержат краткую теорию поглощения света и порядок выполнения лабораторной работы. Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы студентами всех форм обучения в лабораторном практикуме по физи
11295. Определение индукции магнитного поля соленоида 254 KB
  Определение индукции магнитного поля соленоида Указания содержат краткое описание рабочей установки и методику определения индукции магнитного поля соленоида. Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения в лаборат
11296. Изучение автоколебаний (на примере лампового генератора) 471 KB
  Изучение автоколебаний на примере лампового генератора Указания содержат краткое описание метода и экспериментальной установки для изучения автоколебаний в простейшем ламповом генераторе с индуктивной обратной связью определение частоты электромагнитны...
11297. Исследование электростатического поля, лабораторная работа 429 KB
  Исследование электростатического поля Указания содержат краткое описание измерительной установки и методику исследования электростатического поля. Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения в лабораторно
11298. Исследование цепей постоянного тока с помощью правил Кирхгофа 238.5 KB
  Исследование цепей постоянного тока с помощью правил Кирхгофа Методические указания предназначены для организации самостоятельной работы студентов при подготовке к лабораторному практикуму и рейтинговому контролю Исследование цепей постоянного тока с помощью пра...