EMC單片機(jī)C編譯器

EMC單片機(jī)C編譯器

? 簡單講，編譯器就是將“高級語言”翻譯為“機(jī)器語言（低級語言）”的程序。
　　高級計(jì)算機(jī)語言便于人編寫，閱讀，維護(hù)。低階機(jī)器語言是計(jì)算機(jī)能直接解讀、運(yùn)行的。編譯器將源程序（Source program）作為輸入，翻譯產(chǎn)生使用目標(biāo)語言（Target language）的等價(jià)程序。源代碼一般為高級語言 (High-level language), 如 Pascal、C、C++、C# 、Java 等，而目標(biāo)語言則是匯編語言或目標(biāo)機(jī)器的目標(biāo)代碼（Object code），有時也稱作機(jī)器代碼（Machine code）。
　　一個現(xiàn)代編譯器的主要工作流程如下：
　　源代碼 (source code) → 預(yù)處理器 (preprocessor) → 編譯器 (compiler) → 匯編程序 (assembler) → 目標(biāo)代碼 (object code) → 鏈接器 (Linker) → 可執(zhí)行程序 (executables)
[編輯本段]工作原理
　　編譯是從源代碼（通常為高階語言）到能直接被計(jì)算機(jī)或虛擬機(jī)執(zhí)行的目標(biāo)代碼（通常為低階語言或機(jī)器語言）的翻譯過程。然而，也存在從低階語言到高階語言的編譯器，這類編譯器中用來從由高階語言生成的低階語言代碼重新生成高階語言代碼的又被叫做反編譯器。也有從一種高階語言生成另一種高階語言的編譯器，或者生成一種需要進(jìn)一步處理的的中間代碼的編譯器（又叫級聯(lián)）。
　　典型的編譯器輸出是由包含入口點(diǎn)的名字和地址, 以及外部調(diào)用（到不在這個目標(biāo)文件中的函數(shù)調(diào)用）的機(jī)器代碼所組成的目標(biāo)文件。一組目標(biāo)文件，不必是同一編譯器產(chǎn)生，但使用的編譯器必需采用同樣的輸出格式，可以鏈接在一起并生成可以由用戶直接執(zhí)行的可執(zhí)行程序。
[編輯本段]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(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)（平臺）相同的環(huán)境下運(yùn)行的目標(biāo)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臺上運(yùn)行的目標(biāo)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件平臺時非常有用?！霸创a到源碼編譯器”是指用一種高階語言作為輸入，輸出也是高階語言的編譯器。例如: 自動并行化編譯器經(jīng)常采用一種高階語言作為輸入，轉(zhuǎn)換其中的代碼，并用并行代碼注釋對它進(jìn)行注釋（如OpenMP）或者用語言構(gòu)造進(jìn)行注釋（如FORTRAN的DOALL指令）。
　　預(yù)處理器（preprocessor）
　　作用是通過代入預(yù)定義等程序段將源程序補(bǔ)充完整。
　　編譯器前端（frontend）
　　前端主要負(fù)責(zé)解析（parse）輸入的源代碼，由語法分析器和語意分析器協(xié)同工作。語法分析器負(fù)責(zé)把源代碼中的‘單詞’（Token）找出來,語意分析器把這些分散的單詞按預(yù)先定義好的語法組裝成有意義的表達(dá)式，語句 ，函數(shù)等等。 例如“a = b + c;”前端語法分析器看到的是“a, =, b , +, c;”，語意分析器按定義的語法，先把他們組裝成表達(dá)式“b + c”，再組裝成“a = b + c”的語句。 前端還負(fù)責(zé)語義（semantic checking）的檢查，例如檢測參與運(yùn)算的變量是否是同一類型的，簡單的錯誤處理。最終的結(jié)果常常是一個抽象的語法樹（abstract syntax tree，或 AST），這樣后端可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，處理。
　　編譯器后端（backend）
　　編譯器后端主要負(fù)責(zé)分析，優(yōu)化中間代碼（Intermediate representation）以及生成機(jī)器代碼（Code Generation）。
　　一般說來所有的編譯器分析，優(yōu)化，變型都可以分成兩大類： 函數(shù)內(nèi)（intraprocedural）還是函數(shù)之間（interprocedural）進(jìn)行。很明顯，函數(shù)間的分析，優(yōu)化更準(zhǔn)確，但需要更長的時間來完成。
　　編譯器分析（compiler analysis）的對象是前端生成并傳遞過來的中間代碼，現(xiàn)代的優(yōu)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）接近輸入的源代碼的格式，與輸入語言相關(guān)（language dependent），包含更多的全局性的信息，和源代碼的結(jié)構(gòu)；中層的中間代碼（middle level IR）與輸入語言無關(guān)，低層的中間代碼(Low level IR)與機(jī)器語言類似。 不同的分析，優(yōu)化發(fā)生在最適合的那一層中間代碼上。
　　常見的編譯分析有函數(shù)調(diào)用樹（call tree），控制流程圖（Control flow graph），以及在此基礎(chǔ)上的 變量定義－使用，使用－定義鏈（define-use/use-define or u-d/d-u chain），變量別名分析（alias analysis），指針分析（pointer analysis），數(shù)據(jù)依賴分析（data dependence analysis）等等。
　　上述的程序分析結(jié)果是編譯器優(yōu)化（compiler optimization）和程序變形（compiler transformation）的前提條件。常見的優(yōu)化和變新有：函數(shù)內(nèi)嵌（inlining），無用代碼刪除（Dead code elimination），標(biāo)準(zhǔn)化循環(huán)結(jié)構(gòu)（loop normalization），循環(huán)體展開（loop unrolling），循環(huán)體合并，分裂（loop fusion，loop fission），數(shù)組填充（array padding），等等。 優(yōu)化和變形的目標(biāo)是減少代碼的長度，提高內(nèi)存（memory），緩存（cache）的使用率，減少讀寫磁盤，訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的頻率。更高級的優(yōu)化甚至可以把序列化的代碼（serial code）變成并行運(yùn)算，多線程的代碼（parallelized，multi-threaded code）。
　　機(jī)器代碼的生成是優(yōu)化變型后的中間代碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器指令的過程?，F(xiàn)代編譯器主要采用生成匯編代碼（assembly code）的策略，而不直接生成二進(jìn)制的目標(biāo)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(yōu)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(jī)器指令（instruction selection），如何合并幾句代碼成一句等等。