编译器的前端和后端

‘壹’ 一个编译器至少包含三个部分的进程是什么

一个典型的编译程序通常包含8个组成部分，它们是词法分析程序、语法分析程序、语义分析程序、中间代码生成程序、中间代码优化程序、目标代码生成程序、表格管理程序和错误处理程序。
(1) 编译程序:如果源语言为高级语言,目标语言为某台计算机上的汇编语言或机器语

言,则此翻译程序称为编译程序。

(2) 源程序:源语言编写的程序称为源程序。

(3) 目标程序:目标语言书写的程序称为目标程序。

(4) 编译程序的前端:它由这样一些阶段组成:这些阶段的工作主要依赖于源语言而与

目标机无关。通常前端包括词法分析、语法分析、语义分析和中间代码生成这些阶

段,某些优化工作也可在前端做,也包括与前端每个阶段相关的出错处理工作和符

号表管理等工作。

(5) 后端:指那些依赖于目标机而一般不依赖源语言,只与中间代码有关的那些阶段,

即目标代码生成,以及相关出错处理和符号表操作。

(6) 遍:是对源程序或其等价的中间语言程序从头到尾扫视并完成规定任务的过程。

词法分析程序:输人源程序,拼单词、检查单词和分析单词,输出单词的机内表达形式。

语法分析程序:检查源程序中存在的形式语法错误,输出错误处理信息。

语义分析程序:进行语义检查和分析语义信息,并把分析的结果保存到各类语义信息表中。

中间代码生成程序:按照语义规则,将语法分析程序分析出的语法单位转换成一定形式的中间语言代码,如三元式或四元式。

中间代码优化程序:为了产生高质量的目标代码,对中间代码进行等价变换处理

‘贰’ java编译器由什么语言编写

Java编译器主要是由Java语言编写的。这种做法在编程语言实现中较为常见，被称为“自己编译自己”，也称作“编译器循环”（bootstrap compilation）。以下是对Java编译器编写语言的详细说明：

一、Java编译器的主要编写语言

• Java语言：Java编译器的大部分代码是用Java自身编写的。这意味着Java编译器在编译Java源代码时，实际上是在用已经编译好的Java编译器部分来编译尚未编译的部分，形成了一个循环编译的过程。

二、Java编译器的组成部分

• 前端（Front-end）：虽然未直接提及前端是用什么语言编写的，但通常前端负责词法分析、语法分析，并生成抽象语法树（AST）。这部分代码很可能也是用Java编写的，因为它需要与编译器的其他部分紧密协作。

• 中间表示（Middle-end）：这部分将前端生成的AST转换成中间表示形式，如Java字节码。这一步骤是编译器优化和代码生成的重要基础，同样很可能是用Java编写的。

• 后端（Back-end）：后端负责将中间表示转换成目标机器代码或进一步优化成更高效的字节码。虽然不同编译器的后端实现可能有所不同，但Java编译器的后端很可能也是用Java编写的，或者至少是与Java编写的部分紧密集成的。

综上所述，Java编译器主要是由Java语言编写的，这体现了Java语言的强大和灵活性，使其能够用于实现自身的编译器。同时，这种“自己编译自己”的方式也简化了编译器的开发和维护过程。

‘叁’ 什么是编译器

编译器

编译器是一种特殊的程序，它可以把以特定编程语言写成的程序变为机器可以运行的机器码。我们把一个程序写好，这时我们利用的环境是文本编辑器。这时我程序把程序称为源程序。在此以后程序员可以运行相应的编译器，通过指定需要编译的文件的名称就可以把相应的源文件（通过一个复杂的过程）转化为机器码了。

[编辑]编译器工作方法
首先编译器进行语法分析，也就是要把那些字符串分离出来。然后进行语义分析，就是把各个由语法分析分析出的语法单元的意义搞清楚。最后生成的是目标文件，我们也称为obj文件。再经过链接器的链接就可以生成最后的可执行代码了。有些时候我们需要把多个文件产生的目标文件进行链接，产生最后的代码。我们把一过程称为交叉链接。

一个现代编译器的主要工作流程如下：

* 源程序（source code）→预处理器（preprocessor）→编译器（compiler）→汇编程序（assembler）→目标程序（object code）→连接器（链接器，Linker）→可执行程序（executables）

工作原理

编译是从源代码（通常为高级语言）到能直接被计算机或虚拟机执行的目标代码（通常为低级语言或机器言）。然而，也存在从低级语言到高级语言的编译器，这类编译器中用来从由高级语言生成的低级语言代码重新生成高级语言代码的又被叫做反编译器。也有从一种高级语言生成另一种高级语言的编译器，或者生成一种需要进一步处理的的中间代码的编译器（又叫级联）。

典型的编译器输出是由包含入口点的名字和地址以及外部调用（到不在这个目标文件中的函数调用）的机器代码所组成的目标文件。一组目标文件，不必是同一编译器产生，但使用的编译器必需采用同样的输出格式，可以链接在一起并生成可以由用户直接执行的可执行程序。

编译器种类

编译器可以生成用来在与编译器本身所在的计算机和操作系统（平台）相同的环境下运行的目标代码，这种编译器又叫做“本地”编译器。另外，编译器也可以生成用来在其它平台上运行的目标代码，这种编译器又叫做交叉编译器。交叉编译器在生成新的硬件平台时非常有用。“源码到源码编译器”是指用一种高级语言作为输入，输出也是高级语言的编译器。例如: 自动并行化编译器经常采用一种高级语言作为输入，转换其中的代码，并用并行代码注释对它进行注释（如OpenMP）或者用语言构造进行注释（如FORTRAN的DOALL指令）。

预处理器（preprocessor）

作用是通过代入预定义等程序段将源程序补充完整。

编译器前端（frontend）

前端主要负责解析（parse）输入的源程序，由词法分析器和语法分析器协同工作。词法分析器负责把源程序中的‘单词’（Token）找出来,语法分析器把这些分散的单词按预先定义好的语法组装成有意义的表达式，语句 ，函数等等。 例如“a = b + c;”前端词法分析器看到的是“a, =, b , +, c;”，语法分析器按定义的语法，先把他们组装成表达式“b + c”，再组装成“a = b + c”的语句。 前端还负责语义（semantic checking）的检查，例如检测参与运算的变量是否是同一类型的，简单的错误处理。最终的结果常常是一个抽象的语法树（abstract syntax tree，或 AST），这样后端可以在此基础上进一步优化，处理。

编译器后端（backend）

编译器后端主要负责分析，优化中间代码（Intermediate representation）以及生成机器代码（Code Generation）。

一般说来所有的编译器分析，优化，变型都可以分成两大类： 函数内（intraproceral）还是函数之间（interproceral）进行。很明显，函数间的分析，优化更准确，但需要更长的时间来完成。

编译器分析（compiler analysis）的对象是前端生成并传递过来的中间代码，现代的优化型编译器（optimizing compiler）常常用好几种层次的中间代码来表示程序，高层的中间代码（high level IR）接近输入的源程序的格式，与输入语言相关（language dependent），包含更多的全局性的信息，和源程序的结构；中层的中间代码（middle level IR）与输入语言无关，低层的中间代码(Low level IR)与机器语言类似。 不同的分析，优化发生在最适合的那一层中间代码上。

常见的编译分析有函数调用树（call tree），控制流程图（Control flow graph），以及在此基础上的变量定义－使用，使用－定义链（define-use/use-define or u-d/d-u chain），变量别名分析（alias analysis），指针分析（pointer analysis），数据依赖分析（data dependence analysis）等等。

上述的程序分析结果是编译器优化（compiler optimization）和程序变形（compiler transformation）的前提条件。常见的优化和变新有：函数内嵌（inlining），无用代码删除（Dead code elimination），标准化循环结构（loop normalization），循环体展开（loop unrolling），循环体合并，分裂（loop fusion，loop fission），数组填充（array padding），等等。优化和变形的目的是减少代码的长度，提高内存（memory），缓存（cache）的使用率，减少读写磁盘，访问网络数据的频率。更高级的优化甚至可以把序列化的代码（serial code）变成并行运算，多线程的代码（parallelized，multi-threaded code）。

机器代码的生成是优化变型后的中间代码转换成机器指令的过程。现代编译器主要采用生成汇编代码（assembly code）的策略，而不直接生成二进制的目标代码（binary object code）。即使在代码生成阶段，高级编译器仍然要做很多分析，优化，变形的工作。例如如何分配寄存器（register allocatioin），如何选择合适的机器指令（instruction selection），如何合并几句代码成一句等等。

‘肆’ c语言属于前端还是后端

C语言编译器被划分为前端和后端两大组成部分。前端的任务是对C语言源代码进行词法和语法解析，并生成中间代码，这个过程是编译流程中的关键一步。中间代码的生成使得后续的编译工作能够更加高效。值得注意的是，虽然中间代码并非所有情况下都是必需的，但它确实在程序的跨平台移植方面提供了便利。借助于前端生成的中间代码，各个平台仅需开发相应的编译器后端，即可实现代码的跨平台运行。

这种将编译器前端与后端分离的设计，实际上体现了软件工程领域中解耦合的思想。通过这种设计，C语言能够更加灵活地适应不同的硬件平台，实现代码的高效编译和执行。C语言作为一门高级编程语言，它拥有优秀的抽象能力、表达能力和灵活性，使其在处理低级硬件操作时游刃有余。

前端与后端的分离使得C语言的编译过程更加模块化，便于代码的维护和扩展。在实际应用中，这种设计模式不仅提高了编译器的效率，还增强了其跨平台移植的能力。此外，C语言的抽象力和表达力使其能够处理复杂的数据结构和算法，而其灵活性则使得开发者可以根据具体需求自由选择合适的编程风格。

前端主要负责代码的初步处理，包括词法分析、语法分析以及初步的语义分析，最终输出中间代码。而后端则专注于将中间代码转化为特定平台上的机器码。这种分工使得前端可以专注于源代码的解析和优化，而后端则可以专注于平台特定的优化和代码生成。

总的来说，C语言的编译器设计充分体现了软件工程的最佳实践，通过前端和后端的分离，不仅提高了编译器的效率，还增强了其跨平台移植的能力，使得C语言能够广泛应用于各种硬件平台之上。

‘伍’ 交叉编译器的分类

编译器可以生成用来在与编译器本身所在的计算机和操作系统（平台）相同的环境下运行的目标代码，这种编译器又叫做“本地”编译器。另外，编译器也可以生成用来在其它平台上运行的目标代码，这种编译器又叫做交叉编译器。交叉编译器在生成新的硬件平台时非常有用。“源码到源码编译器”是指用一种高阶语言作为输入，输出也是高阶语言的编译器。例如: 自动并行化编译器经常采用一种高阶语言作为输入，转换其中的代码，并用并行代码注释对它进行注释（如OpenMP）或者用语言构造进行注释（如FORTRAN的DOALL指令）。
预处理器（preprocessor）
作用是通过代入预定义等程序段将源程序补充完整。
编译器前端（frontend）
前端主要负责解析（parse）输入的源代码，由语法分析器和语意分析器协同工作。语法分析器负责把源代码中的‘单词’（Token）找出来，语意分析器把这些分散的单词按预先定义好的语法组装成有意义的表达式，语句 ，函数等等。 例如“a = b + c;”前端语法分析器看到的是“a， =， b ， +， c;”，语意分析器按定义的语法，先把他们组装成表达式“b + c”，再组装成“a = b + c”的语句。 前端还负责语义（semantic checking）的检查，例如检测参与运算的变量是否是同一类型的，简单的错误处理。最终的结果常常是一个抽象的语法树（abstract syntax tree，或 AST），这样后端可以在此基础上进一步优化和处理。
编译器后端（backend）
编译器后端主要负责分析，优化中间代码（Intermediate representation）以及生成机器代码（Code Generation）。
一般说来所有的编译器分析，优化，变型都可以分成两大类：函数内（intraproceral）还是函数之间（interproceral）进行。很明显，函数间的分析，优化更准确，但需要更长的时间来完成。