Что такое компилирование в программировании

Введение в компиляцию. Структура компилятора. Процесс компиляции.

Язык программирования – это искуственный язык, созданный для взаимодействия с машиной, в частности, с компьютером. ЯП используются для написания программ, которые управляют машиной и/или выражают алгоритмы.

Первые ЯП были созданы задолго до появления компьютеров и управляли поведением, скажем, самоиграющих пианино или автоматических ткацких станков.

Многие ЯП имеют императивную форму, т.е. описывают последовательность операций. Другие могут иметь декларативную форму, т.е. описывают результат, а не то, как его получить.

Некоторые языки определяются стандартом (C,C++,Haskell, и др.). Другие не имеют формального описания, и наиболее широко распространенная реализация используется в качестве эталона.

Описание ЯП обычно делится на две части: синтаксис, т.е. форма, и семантика, т.е. значение.

Синтаксис в свою очередь подразделяется на лексику и грамматику.

Лексика определяет какие “слова” могут быть в языке. Это включает названия переменных, функций, числовые константы, строки, и т.п., а так же управляющие символы языка. Грамматика определяет каким образом эти “слова” комбинируются в более сложные выражения.

Не все синтаксически корректные программы являются семантически корректными. Например:

Семантика же подразделяется на статическую, динамическую, и систему типов.

определяет статические свойства языка, выходящие за рамки синтаксиса. Например, статическая семантика может определять, что все идентификаторы должны быть определены перед использованием, или что вызов функции должен принимать столько же аргументов, сколько указано в её определении (ни то ни другое не является, вообще говоря, обязательным)

определяет стратегию выполнения программы. Она определяет, каким образом исполняются инструкции, порядок их исполнения, значение управляющих структур и т.д.

определяет каким образом ЯП классифицирует значения и выражения, как эти типы взаимодействуют и каким образом ЯП может манипулировать ими. Система типов является практическим приложением теории категорий. Цель системы типов – проверка программы на корректность (до какой-то степени). Любая система типов, отвергая некорректные программы, будет так же отвергать некоторый процент корректных (хотя вероятно необычных) программ. Чтобы обойти это ограничение, ЯП обычно имеют некие механизмы для выхода из ограничений системы типов. В большинстве случаев, указание корректных типов ложится на совесть программиста. Однако некоторые ЯП (обычно функциональные) умеют выводить типы исходя из семантики, и таким образом освобождают программиста от необходимости явно указывать типы.

Динамическая семантика может определяться различными способами. Наиболее распространёнными являются операционная семантика и денотационная семантика.

Операционная семантика способ описания семантики, при котором для описания поведения используется набор аксиоматических определений синтаксических конструкций языка и логических правил вывода (вида “если, то”). Выделяют операционную семантику с малым шагом, когда подробно определяется каждый шаг вычисления для выражений, и операционную семантику с большим шагом, когда определяется конечный результат выражений. Денотационная семантика способ описания семантики, при котором выражениям языка ставятся в соответствие какие-то математические объекты с априори известной семантикой, т.е. смысл языковых конструкций ставится в соответствие конструкциям математическим.

Введение в компиляцию

Компиляция – это трансляция (преобразование) текста программы, написанного на одном языке (исходном), в эквивалентный (сохраняющий семантику) текст на другом языке (целевом).

Компилятор – это программа, читающая текст программы на исходном языке и компилирующая его.

Альтернативным подходом является интерпретация, т.е. непосредственное выполнение операций, указанных в исходном тексте программы.

Интерпретатор – программа, читающая исходный текст, и интерпретирующая его.

Кроме того, компилятор может производить статический анализ исходного кода программы и сообщать об ошибках и выводить предупреждения о потенциальных проблемах.

Целевой язык может быть машинным языком, в таком случае результат работы компилятора может быть выполнен исполнительным устройством непосредственно. Целевой язык может быть также другим языком программирования (транс-компиляция) или машинным языком для некой виртуальной машины (такой язык обычно называется байт-кодом). Байт-код в свою очередь выполняется программой-интерпретатором байт-кода.

Условная схема компиляции

Условная схема интерпретации

Условная схема компиляции в байт-код

Вообще говоря, для создания исполняемой программы на целевом языке могут потребоваться другие программы и компоненты.

Структура компилятора. Процесс компиляции

Процесс компиляции обычно разделяется на две фазы: анализ и синтез.

В фазе анализа происходит чтение исходного текста программы, затем этот текст разбивается на элементарные блоки, на них накладывается грамматическая структура, и создаётся промежуточное представление исходного текста и собирается другая информация об исходном тексте. На этой фазе так же возможен статический анализ исходного текста.

В фазе синтеза, на основе промежуточного представления и прочей информации, строится представление исходной программы в целевом коде. На этой фазе так же возможны преобразования целевого кода, называемые оптимизациями.

Кроме того, между анализом и синтезом может находиться фаза преобразований промежуточного кода, называемая машинно-независимой оптимизацией.

Лексический анализ

Первая фаза компиляции называется лексическим анализом или сканированием.

Лексический анализатор соответственно так же называется лексером или сканером.

Лексический анализатор сканирует входной поток символов (исходного текста программы) и выделяет значащие последовательности символов, называемые лексемами.

Для каждой лексемы анализатор выводит токен, представляющий из себя комбинацию абстрактного символа (названия типа токена) и произвольного набора атрибутов. Часто в качестве “набора атрибутов” выступает ссылка в глобальную таблицу, называемую таблицей символов.

Синтаксический анализ

Вторая фаза – синтаксический анализ или разбор, парсинг (от англ. parsing).

Синтаксический анализатор соответственно называется так же парсером.

Парсер строит из токенов, полученных от лексера, древовидное промежуточное представление (часто неявно), отражающее грамматическую структуру исходного кода. Примером такого представления является синтаксическое дерево, где узлы представляют операцию, дочерние узлы – аргументы этой операции.

Например, синтаксическое дерево арифметического выражения \(1+2*3\) может иметь вид:

Семантический анализ

Семантический анализатор использует синтаксическое дерево для проверки исходной программы на корректность.

На этом же этапе происходит проверка типов, и информация о типах переменных записывается в атрибуты соответствующих узлов синтаксического дерева.

Если спецификация языка разрешает неявное приведение типов, на этом этапе синтаксическое дерево может быть переписано с добавлением явных операций приведения типов.

Генерация промежуточного кода

В процессе компиляции, могут создаваться несколько промежуточных представлений, в частности, синтаксическое дерево.

Как правило, после завершения синтаксического и семантического анализа, значительная часть высокоуровневой информации (типы, названия переменных, многие управляющие конструкции и т.п.) далее не требуется, в связи с чем многие компиляторы по достижении этой фазы генерируют более низкоуровневое представление, называемое обычно промежуточным кодом.

Основными требованиями к промежуточному коду являются, с одной стороны, простота его получения из синтаксического дерева, и с другой стороны, простота генерации на его основе машинного кода.

Как следствие, часто в качестве промежуточного кода используется последовательность инструкций для некой абстрактной вычислительной машины.

На этом этапе обычно принимаются решения о распределении памяти для хранения значений переменных.

Машинно-независимая оптимизация

На фазе машинно-независимой оптимизации, промежуточный код преобразуется с целью “улучшения” без изменений наблюдаемого поведения (в соответствии со спецификацией языка 1 ). Под “улучшением” обычно понимается “ускорение”, но иногда возможны другие критерии, например “код меньшего размера” или “меньшее потребление памяти”.

Часто, алгоритм первичной генерации промежуточного кода достаточно простой, поэтому без фазы оптимизации, код оказывается достаточно неэффективным.

Объём работы, проделываемый различными компиляторами на этом этапе может сильно отличаться. Большинство распространённых на рынке компиляторов являются “оптимизирующими” и значительная часть времени компиляции уходит именно на оптимизацию (обычно есть способ отключить оптимизацию при необходимости).

Генерация целевого кода

Генератор целевого кода, получая на вход промежуточный код, отображает каждую команду промежуточного кода в одну или несколько команд целевого.

Кроме того, генератор целевого кода занимается задачей распределения регистров исполнительного устройства.

Машинно-зависимая оптимизация

Шаг машинно-зависимой оптимизации преобразует, как правило, уже целевой код. Основными способами оптимизации на данном этапе могут быть различные эквивалентные замены последовательностей машинных команд на более быстрые аналоги, не меняющие поведения перестановки команд или блоков команд, приводящие к ускорению и т.п.

Большинство решений машинно-зависимой оптимизации принимаются на основе модели исполнительного устройства, встроенной в компилятор. Например, в компилятор может быть включена информация об относительном времени выполнения различных инструкций определённого процессора (или семейства процессоров).

эта немаловажная оговорка доставляет много боли начинающим, а иногда и опытным, разработчикам C и C++↩︎

Источник

Основные принципы программирования: компилируемые и интерпретируемые языки

Авторизуйтесь

Основные принципы программирования: компилируемые и интерпретируемые языки

Как и в предыдущей статье этого цикла, я хочу обратить ваше внимание на ключевые принципы программирования, которые влияют на всё то, что мы делаем, но с которыми мы редко сталкиваемся напрямую и поэтому не до конца их понимаем. Тема сегодняшней статьи — компилируемые и интерпретируемые языки.

Будучи разработчиками, мы часто сталкиваемся с такими понятиями, как компилятор и интерпретатор, но я считаю, что многие не совсем понимают, что они означают. Между тем, компиляция и интерпретация — это основы работы всех языков программирования. Давайте взглянем на то, как на самом деле устроены эти понятия.

Вступление

Мы полагаемся на такие инструменты, как компиляция и интерпретация, чтобы преобразовать наш код в форму, понятную компьютеру. Код может быть исполнен нативно, в операционной системе после конвертации в машинный (путём компиляции) или же исполняться построчно другой программой, которая делает это вместо ОС (интерпретатор).

Компилируемый язык — это такой язык, что программа, будучи скомпилированной, содержит инструкции целевой машины; этот машинный код непонятен людям. Интерпретируемый же язык — это такой, в котором инструкции не исполняются целевой машиной, а считываются и исполняются другой программой (которая обычно написана на языке целевой машины). Как у компиляции, так и у интерпретации есть свои плюсы и минусы, и именно это мы и обсудим.

Прежде чем мы продолжим, стоит отметить, что многие языки программирования имеют как компилируемую, так и интерпретируемую версии, поэтому классифицировать их затруднительно. Тем не менее, чтобы не усложнять, в дальнейшем я буду разделять компилируемые и интерпретируемые языки.

Компилируемые языки

Главное преимущество компилируемых языков — это скорость исполнения. Поскольку они конвертируются в машинный код, они работают гораздо быстрее и эффективнее, нежели интерпретируемые, особенно если учесть сложность утверждений некоторых современных скриптовых интерпретируемых языков.

Низкоуровневые языки как правило являются компилируемыми, поскольку эффективность обычно ставится выше кроссплатформенности. Кроме того, компилируемые языки дают разработчику гораздо больше возможностей в плане контроля аппаратного обеспечения, например, управления памятью и использованием процессора. Примерами компилируемых языков являются C, C++, Erlang, Haskell и более современные языки, такие как Rust и Go.

Проблемы компилируемых языков, в общем-то, очевидны. Для запуска программы, написаной на компилируемом языке, её сперва нужно скомпилировать. Это не только лишний шаг, но и значительное усложнение отладки, ведь для тестирования любого изменения программу нужно компилировать заново. Кроме того, компилируемые языки являются платформо-зависимыми, поскольку машинный код зависит от машины, на которой компилируется и исполняется программа.

Интерпретируемые языки

В отличие от компилируемых языков, интерпретируемым для исполнения программы не нужен машинный код; вместо этого программу построчно исполнят интерпретаторы. Раньше процесс интерпретации занимал очень много времени, но с приходом таких технологий, как JIT-компиляция, разрыв между компилируемыми и интерпретируемыми языками сокращается. Примерами интерпретируемых языков являются PHP, Perl, Ruby и Python. Вот некоторые из концептов, которые стали проще благодаря интерпретируемым языкам:

Основным недостатком интерпретируемых языком является их невысокая скорость исполнения. Тем не менее, JIT-компиляция позволяет ускорить процесс благодаря переводу часто используемых последовательностей инструкции в машинный код.

Бонус: байткод-языки

В байткод-языке сперва происходит компиляция программы из человекочитаемого языка в байткод. Байткод — это набор инструкций, созданный для эффективного исполнения интерпретатором и состоящий из компактных числовых кодов, констант и ссылок на память. С этого момента байткод передаётся в виртуальную машину, которая затем интерпретирует код также, как и обычный интерпретатор.

При компиляции кода в байткод происходит задержка, но дальнейшая скорость исполнения значительно возрастает в силу оптимизации байткода. Кроме того, байткод-языки являются платформо-независимыми, превосходя при этом по скорости интерпретируемые. Для них также доступна JIT-компиляция.

Заключение

Многие языки в наши дни имеют как компилируемые, так и интерпретируемые реализации, сводя разницу между ними на нет. У каждого вида исполнения кода есть преимущества и недостатки.

Вкратце, компилируемые языки являются самыми эффективными, поскольку они исполняются как машинный код и позволяют использовать аппаратное обеспечение системы. Однако это вводит дополнительные ограничение на написание кода и делает его платформо-зависимым. Интерпретируемые же языки не зависят от платформы и позволяют использовать такие техники динамического программирования, как метапрограммирование. Тем не менее, в скорости исполнения они значительно уступают компилируемым языкам.

Байткод-языки, в свою очередь, пытаются использовать сильные стороны обоих видов языков, и у них это неплохо получается.

Источник

Что такое компиляция

Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Компиляция – это слово многогранное, и в зависимости от сферы применения имеет разные, иногда непохожие значения.

Чаще всего этот термин используют в программировании, но так же он употребим в литературе, научных трудах, музыке и финансах.

Компиляция — это.

Слово образовано от латинского compilatio, и буквально переводится как «ограбление или кража». Но в отрицательном контексте его можно встретить всё же намного реже, чем в положительном.

Компиляция — это сочинительство (не обязательно литературное) на основе чужих работ и исследований. Она представляет пересказ написанного кем-то ранее, и поэтому ничего нового не даёт.

Но на самом деле, даже в таком виде она бывает полезной. Ведь если человек, создающий сие сочинение, хорошо разбирается в теме, и связывает чужие используемые отрывки своими рассуждениями и связками, с помощью которых легче отследить логическую цепочку. И это очень важно и полезно.

Такие известные писатели, как С.Цвейг, А.Моруа, были отличными компиляторами, произведениями которых зачитывалось не одно поколение любителей литературы.

Компиляция текста — что это такое

Само понятие существует столько же, сколько талантливые книги, как научные, так и художественные.

Профессиональные компиляторы ставят в конце своего нового текста список материалов, которые они использовали. И то, что список, как правило, очень большой, уже говорит о серьёзной проделанной работе.

Количество источников — важное отличие от плагиата.

Использование множества источников создаёт информативный материал, в котором можно найти большое количество данных по заданной теме. В положительном контексте это служит популяризаторским и просветительским целям.

Но трактование слова компиляция в смысле «кража» тоже встречается.

Это, например, почти все газеты и журналы, которые очень часто вместо собственных мыслей и описаний событий, используют уже готовые, взятые в интернете, и только пересказанные своими словами, не исключено, что ещё и с искажением смысла. Случайным, или не очень, если издание ангажированное (это как?).

Компиляция в программировании — что это

Это трансляция программы, написанной на высокоуровневом языке, в программу с языком более низкого уровня, но с совпадающим или похожим машинным кодом. Для этого используются компиляторы.

Существует несколько категорий компиляции:

Именно в программировании термин встречается особенно часто, в других сферах он чаще заменяется синонимами.

Другие примеры употребления термина

По утверждению википедии, попурри, pot-pourri — мешанина. В переводе с французского, музыкальная пьеса из популярных мотивов и музыкальных тем. Но попурри отличается тем, что часто является импровизацией, а не ранее оформленным альбомом.

Они могут быть разными, например: составленные из узнаваемых работ одного автора, созданных им в разное время; хитпарады; музыка одного стиля, сборники одного автора или исполнителя.

Они не обязательно составляются из известных музыкальных произведений. Так называют альбомы редких записей, саундтреков к фильмам, просто жанровые сборники.

Классические танцы дополняет современный, балет (это что?) и брейк одновременно существуют на одной сцене. Музыкальное сопровождение полностью эклектично. Представители стиля — канадский цирк Дюсалей, театр Моники (США), Театр Золотых фигур (Россия).

Например, если требуется подготовить консолидированную отчётность, или отчётность по МФСО.

Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru

Эта статья относится к рубрикам:

Комментарии и отзывы (4)

Сейчас весь мир помешался на уникальности текстов, в том числе и в научных работах. Пропускают текст через специальную программу, которая выдаёт в процентах уникальность работы, вот с компиляцией тут вообще теперь ловить нечего, даже ссылки на цитируемые источники не помогут, ибо программе на них плевать, а люди за ней не подчищают.

Не соглашусь с Владимиром — учитывая сколько сейчас пишется научных работ, без компиляции никак не обойтись.

Компилируемые программы работают куда быстрее транслируемых, а всё потому что, во время работы программы не тратится время на преобразование исходного кода в машинный.

Хочу вступиться за газеты, они же подают новости, разумеется, у каждой новости есть первоисточник, если же новости придумывать, то это уже будет фейк.

Источник

Компилятор VS интерпретатор: ключевые отличия

Интерпретаторы и компиляторы отвечают за преобразование языка программирования или сценариев (язык высокого уровня) в машинный код. Но если обе программы делают одно и то же, чем они различаются? Давайте разберемся.

Компилятор

Что такое компилятор?

Компилятор — это компьютерная программа, которая переводит компьютерный код с одного языка программирования на другой. Компилятор берет программу целиком и преобразует ее в исполняемый компьютерный код. Для этого требуется целая программа, так как компьютер понимает только то, что написано двоичным кодом. Задача компилятора — преобразовать исполняемую программу в машинный код, который и распознается компьютером. Примерами скомпилированных языков программирования являются C и C++.

Компилятор в основном используется для программ, которые переводят исходный код с языка программирования высокого уровня на язык программирования более низкого уровня.

Компилятор способен выполнять многие или даже все операции: предварительную обработку данных, парсинг, семантический анализ, преобразование входных программ в промежуточное представление, оптимизацию и генерацию кода.

Интерпретатор

Что такое интерпретатор?

Интерпретатор — это компьютерная программа, которая преобразует каждый программный оператор высокого уровня в машинный код. Сюда входят исходный код, предварительно скомпилированный код и сценарии.

Интерпретатор представляет собой машинную программу, которая непосредственно выполняет набор инструкций без их компиляции. Примерами интерпретируемых языков являются Perl, Python и Matlab.

Как это работает?

Интерпретатор создает программу. Он не связывает файлы и не генерирует машинный код. Происходит построчное выполнение исходных операторов во время исполнения программы.

Преимущества и недостатки

Преимущества компилятора

Недостатки компилятора

Преимущества интерпретатора

Недостатки интерпретатора

Различия

Рассмотрим основные различия между компилятором и интерпретатором

Источник

Компилятор

Компиля́тор — программа или техническое средство, выполняющее компиляцию. [1] [2] [3]

Компиляция — трансляция программы, составленной на исходном языке высокого уровня, в эквивалентную программу на низкоуровневом языке, близком машинному коду (абсолютный код, объектный модуль, иногда на язык ассемблера). [2] [3] [4] Входной информацией для компилятора (исходный код) является описание алгоритма или программа на проблемно-ориентированном языке, а на выходе компилятора — эквивалентное описание алгоритма на машинно-ориентированном языке (объектный код). [5]

Компилировать — проводить трансляцию машинной программы с проблемно-ориентированного языка на машинно-ориентированный язык. [3]

Содержание

Виды компиляторов [2]

Виды компиляции [2]

Структура компилятора

Процесс компиляции состоит из следующих этапов:

В конкретных реализациях компиляторов эти этапы могут быть разделены или, наоборот, совмещены в том или ином виде.

Генерация кода

Генерация машинного кода

Большинство компиляторов переводит программу с некоторого высокоуровневого языка программирования в машинный код, который может быть непосредственно выполнен процессором. Как правило, этот код также ориентирован на исполнение в среде конкретной операционной системы, поскольку использует предоставляемые ею возможности (системные вызовы, библиотеки функций). Архитектура (набор программно-аппаратных средств), для которой производится компиляция, называется целевой машиной.

Результат компиляции — исполнимый модуль — обладает максимальной возможной производительностью, однако привязан к определённой операционной системе и процессору (и не будет работать на других).

Для каждой целевой машины (IBM, Apple, Sun и т. д.) и каждой операционной системы или семейства операционных систем, работающих на целевой машине, требуется написание своего компилятора. Существуют также так называемые кросс-компиляторы, позволяющие на одной машине и в среде одной ОС генерировать код, предназначенный для выполнения на другой целевой машине и/или в среде другой ОС. Кроме того, компиляторы могут оптимизировать код под разные модели из одного семейства процессоров (путём поддержки специфичных для этих моделей особенностей или расширений наборов инструкций). Например, код, скомпилированный под процессоры семейства Pentium, может учитывать особенности распараллеливания инструкций и использовать их специфичные расширения — MMX, SSE и т. п.

Некоторые компиляторы переводят программу с языка высокого уровня не прямо в машинный код, а на язык ассемблера. Это делается для упрощения части компилятора, отвечающей за кодогенерацию, и повышения его переносимости (задача окончательной генерации кода и привязки его к требуемой целевой платформе перекладывается на ассемблер), либо для возможности контроля и исправления результата компиляции программистом.

Генерация байт-кода

Некоторые реализации интерпретируемых языков высокого уровня (например, Perl) используют байт-код для оптимизации исполнения: затратные этапы синтаксического анализа и преобразование текста программы в байт-код выполняются один раз при загрузке, затем соответствующий код может многократно использоваться без промежуточных этапов.

Динамическая компиляция

Из-за необходимости интерпретации байт-код выполняется значительно медленнее машинного кода сравнимой функциональности, однако он более переносим (не зависит от операционной системы и модели процессора). Чтобы ускорить выполнение байт-кода, используется динамическая компиляция, когда виртуальная машина транслирует псевдокод в машинный код непосредственно перед его первым исполнением (и в при повторных обращениях к коду исполняется уже скомпилированный вариант).

Декомпиляция

Существуют программы, которые решают обратную задачу — перевод программы с низкоуровневого языка на высокоуровневый. Этот процесс называют декомпиляцией, а такие программы — декомпиляторами. Но поскольку компиляция — это процесс с потерями, точно восстановить исходный код, скажем, на C++, в общем случае невозможно. Более эффективно декомпилируются программы в байт-кодах — например, существует довольно надёжный декомпилятор для Flash. Разновидностью декомпилирования является дизассемблирование машинного кода в код на языке ассемблера, который почти всегда выполняется успешно (при этом сложность может представлять самомодифицирующийся код или код, в котором собственно код и данные не разделены). Связано это с тем, что между кодами машинных команд и командами ассемблера имеется практически взаимно-однозначное соответствие.

Раздельная компиляция

Раздельная компиляция (англ. separate compilation ) — трансляция частей программы по отдельности с последующим объединением их компоновщиком в единый загрузочный модуль. [2]

Исторически особенностью компилятора, отражённой в его названии (англ. compile — собирать вместе, составлять), являлось то, что он производил как трансляцию, так и компоновку, при этом компилятор мог порождать сразу абсолютный код. Однако позже, с ростом сложности и размера программ (и увеличением времени, затрачиваемого на перекомпиляцию), возникла необходимость разделять программы на части и выделять библиотеки, которые можно компилировать независимо друг от друга. При трансляции каждой части программы компилятор порождает объектный модуль, содержащий дополнительную информацию, которая потом, при компоновке частей в исполнимый модуль, используется для связывания и разрешения ссылок между частями.

Появление раздельной компиляции и выделение компоновки как отдельной стадии произошло значительно позже создания компиляторов. В связи с этим вместо термина «компилятор» иногда используют термин «транслятор» как его синоним: либо в старой литературе, либо когда хотят подчеркнуть его способность переводить программу в машинный код (и наоборот, используют термин «компилятор» для подчёркивания способности собирать из многих файлов один).

Интересные факты

На заре развития компьютеров первые компиляторы (трансляторы) называли «программирующими программами» [6] (так как в тот момент программой считался только машинный код, а «программирующая программа» была способна из человеческого текста сделать машинный код, то есть запрограммировать ЭВМ).

Источник