1.3 理解编译系统——学习的第一步

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C语言是一门DOS环境下的开发语言，在执行前需要先将其编译，才能正确运行执行结果。要想真正理解编译系统的原理，重要的是要理解何谓“编译”。编译是一个过程，通过这个过程可以把高级语言变成计算机可以识别的二进制语言。计算机只认识1和0格式的二进制数据，编译程序可以把人们熟悉的语言换成二进制的形式。

要想通过编译把一个源程序翻译成目标程序，所做的工作过程分为如下5个阶段：

（1）词法分析。

（2）语法分析。

（3）语义检查中间代码生成。

（4）代码优化。

（5）目标代码生成。

在上述过程中，最为主要的阶段是进行词法分析和语法分析，这又称为源程序分析。如果在分析过程中发现有语法错误，会给出对应的提示信息。具体编译流程如图1-1所示。

接下来开始讲解上述5个阶段的具体过程。

1．词法分析

词法分析的任务是对由字符组成的单词进行处理，从左至右逐个字符地对源程序进行扫描，产生一个个的单词符号，把作为字符串的源程序改造成为单词符号串的中间程序。执行词法分析的程序称为词法分析程序或扫描器。

2．语法分析

编译程序的语法分析器以单词符号作为输入，分析单词符号串是否形成符合语法规则的语法单位，如表达式、赋值、循环等，最后看是否构成一个符合要求的程序，按该语言使用的语法规则分析检查每条语句是否有正确的逻辑结构，程序是最终的一个语法单位。编译程序的语法规则可用上下文无关文法来刻画。语法分析的方法有两种。

❑ 自上而下分析法：从文法的开始符号出发，向下推导，推出句子。

❑ 自下而上分析法：使用移进归约法，基本思想是用一个寄存符号的先进后出栈，把输入符号一个一个地移进栈里，当栈顶形成某个产生式的一个候选式时，即把栈顶的这一部分归成该产生式的左邻符号。

3．语义检查中间代码生成

中间代码是源程序的一种内部表示，也称为中间语言。中间代码的作用是使编译程序的结构在逻辑上更为简单明确，特别是使目标代码的优化更容易实现。中间代码即为中间语言程序，中间语言的复杂性介于源程序语言和机器语言之间。中间语言有多种形式，其中最为常见的有4种：逆波兰记号、四元式、三元式和树。

4．代码优化

代码优化是指对程序进行多种等价变换，使得从变换后的程序出发，能生成更有效的目标代码。所谓等价，是指不改变程序的运行结果。有效是指目标代码运行时间较短，而且占用的存储空间较小。这种变换称为优化。

5．目标代码生成

目标代码生成是编译的最后一个阶段。通过目标代码生成器，把语法分析后或优化后的中间代码变换成目标代码。

另外，还有下面两个过程。

1．表格管理程序

编译过程中源程序的各种信息被保留在不同的表格中，编译各阶段的工作都涉及构造、查找或更新有关的表格。

2．出错处理程序

如果编译过程中发现源程序有错误，编译程序将报告错误的性质和错误发生的地点，并且将错误所造成的影响限制在尽可能小的范围内，使得源程序的其余部分能继续被编译下去。有些编译程序还能自动纠正错误，这些工作由错误处理程序完成。

了解了“编译”过程后，整个编译系统概念便一目了然。编译系统就是按照编译原理集合而成的一种机制，这种机制能够实现对程序语言的上述处理。

系统编译与发布是在系统编码之后执行的一项基本操作。编译是用于生成可执行代码，发布是将编译之后的可运行版本发布到服务器，以供用户使用。在编译过程中，编译器将代码翻译成中间语言（MSIL）。运行时会将MSIL翻译成CPU特定的指令，以便计算机上的处理器运行应用程序。应用程序通过编译可以提高代码的运行速度，增加代码的安全性和稳定性。

因为C语言独有的DOS环境特性，所以，在编译时会变得十分麻烦。但是幸好已经有多种编译器工具，通过这些工具可以简捷实现对C语言程序的编译、运行和调试。例如通过专用的编译器，可以对1.2节中的C语言代码进行编译和运行处理，假设使用Turbo C进行编译。

在Turbo C中编写上述代码后，可以按下【F9】键进行编译并链接，成功后弹出成功提示，如图1-2所示。