Структура транслятора

Модульное программирование, компоновка

Полученный в результате трансляции объектный модуль включает в себя готовые к выполнению коды команд, адреса и содержимое памяти данных. Но это касается только собственных внутренних объектов программы (функций и переменных). Обращение к внешним функциям и переменным, отсутствующим в данном фрагменте программы, не может быть полностью переведено во внутреннее представление и остается в объектном модуле в исходном (текстовом) виде. Но если эти функции и переменные отсутствуют, значит, они должны быть каким-то образом получены в других объектных модулях. Самый естественный способ - написать их на том же самом Си и оттранслировать. Это и есть принцип модульного программирования -представление текста программы в виде нескольких файлов, каждый из которых транслируется отдельно. С модульным программированием мы сталкиваемся в двух случаях:

· когда сами пишем модульную программу;

· когда используем стандартные библиотечные функции.

Библиотека объектных модулей - это файл (библиотечный файл), содержащий набор объектных модулей и собственный внутренний каталог. Объектные модули библиотеки извлекаются из нее целиком при наличии в них требуемых внешних функций и переменных и используются в процессе компоновки программы.

Компоновка - это процесс сборки программы из объектных модулей, в котором производится их объединение в исполняемую программу и связывание вызовов внешних функций и их внутреннего представления (кодов), расположенных в различных объектных модулях.

В заключение отметим, что источником объектного модуля может быть не только Си-программа, но и программа, написанная на любом другом языке программирования, например, на Ассемблере. Но в этом случае необходимы дополнительные соглашения по поводу «стыковки» вызовов функций и обращений к данным в различных языках.

Самое главное в процессе трансляции состоит в том, что он не является линейным, то есть последовательным преобразованием фрагмента программы одного языка на другой. На процесс трансляции одного фрагмента обязательно оказывают влияние другие фрагменты программы. Потому в самом общем виде трансляция заключается в анализе текста программы и построения ее внутреннего представления (внутренней модели), из которой происходит синтез текста эквивалентной программы, но уже на другом языке. Естественно, это не следует понимать буквально, что в каждый в памяти будут находиться результаты всего процесса анализа программы. На самом деле, в памяти достаточно полностью держать семантическую компоненту программы (семантические таблицы), данные синтаксического анализа хранятся частично (в виде представления недостроенной части синтаксического дерева в стеке), лексические единицы, вообще, независимы друг от друга.

Во-вторых, трансляция представляет собой три последовательных фаз анализа программы, на каждой из которой из текста программы извлекается все более «глубоко» скрытая информация о структуре и свойствах программы и ее объектах.

Отдельные фазы трансляции могут быть связаны между собой различным образом, через данные в памяти или через файл, что не меняет сущности процесса:

· каждая фаза транслятора получает файл данных от предыдущей фазы, обрабатывает его (линейным или каким-либо другим, например рекурсивным алгоритмом), создает внутренние таблицы данных и по ним формирует выходной файл с данными для следующей фазы;

· фазы трансляции вызывают одна другую в процессе обработки соответствующих языковых единиц. Поскольку синтаксический анализ является обычно центральным в такой структуре, вокруг него и группируются остальные фазы. Из этой схемы выпадает только препроцессор, который обычно представляет собой независимую предварительную фазу трансляции.

Рассмотрим более подробно отдельные компоненты этого процесса, их свойства и взаимодействие между собой.

Первая фаза трансляции – лексический анализ. На этом этапе исходный текст программы «нарезается» на лексемы – последовательности входных символов (литер), допускающие альтернативу (выбор), повторение и взаимное пересечение в процессе распознавания не более чем на заданную глубину. Элементами лексики являются идентификаторы, константы, строки, комментарии, одно- и многосимвольные знаки операций и т.п.. Механизм распознавания базируется на простых системах распознавания, имеющих всего одну единицу памяти (текущее состояние) и табличное описание правил поведения (конечный автомат). Результат классификации лексем (классы лексем) является входной информацией для синтаксического анализатора (класс лексемы называется на входе синтаксического анализатора символом). Значения лексем поступают на вход семантического анализатора в виде первичного заполнения семантических таблиц.

Синтаксический анализ является центральным элементом транслятора. Во-первых, потому что синтаксис характеризует элементы, относящиеся к структуре программы: описания и определения данных, функций, классов и других элементов программы, операторы, выражения – это все синтаксические элементы разных уровней. Кроме того, вся программа представляет собой одно синтаксическое целое. Задачей синтаксического анализа является построение структуры – синтаксического дерева, отражающего взаимное расположение всех синтаксических элементов программы (их порядка следования, повторяемости, вложенности, приоритетов). Средством описания синтаксиса являются формальные грамматики, а их свойства используются для построения распознавателей, базирующихся на табличном описании правил их поведения в сочетании со стековой памятью (магазинные автоматы).

Лексический и синтаксический анализ являются формализованными компонентами языка, как с точки зрения их описания (конечные автоматы и формальные грамматики), так и с точки зрения проектирования распознавателей для них (для чего используются известные методы и алгоритмы).

Заключительная фаза трансляции – семантический анализ, а также фаза синтеза – генерация кода (оптимизация) или интерпретация -привязаны к синтаксису (и, соответственно, к синтаксическому анализатору), поскольку интерпретируют «смысловое» содержание и правила преобразования (или исполнения) элементарных синтаксических единиц, выделенных синтаксическим анализатором. Особенностью семантического анализа является то, что он менее привязан к структуре программы: семантика одного и того же объекта программы может определяться синтаксически не связанными элементами программы. Во-вторых, семантический анализ не формализуем, поскольку семантика программы представляется в процессе трансляции уникальной структурой данных, содержащей описания множеств объектов языка, определенных в программе, их свойств и взаимосвязей (семантические таблицы). Работа с такими таблицами производится через и семантические процедуры, соответствующие элементам синтаксиса (правила грамматики), которые также разрабатываются содержательным образом, не имея под собой формальной основы. Генерация кода и оптимизация также проектируются содержательными методами и содержат много специфических моментов, касающихся особенностей проецирования традиционных объектов языков программирования на элементы архитектуры компьютера (распределение памяти под переменные, распределение регистров под промежуточные результаты и оптимизация их использования и т.п..).

Дата добавления: 2014-01-13