重拾iOS编译原理

2023-12-30 14:00:11

前言

编译原理是计算机科学中的一门重要基础课程，它研究如何将一种编程语言(原始语言)转换为另一种编程语言(目标语言)的程序，叫做编译器。大多数编译器由两部分组成: 前端和后端。前后端依赖统一格式的中间代码(IR), 使得前后端可以独立的变化。新增一门语言只需要修改前端, 而新增一个CPU架构只需要修改后端即可。

编译器概述

1. 编译器结构

编译器一般分为前端和后端两部分，前端负责词法分析、语法分析、语义分析和中间代码生成。后端则负责代码优化、目标代码生成和目标代码优化。

2. 前端

前端是编译器中最复杂的模块，因为前端需要知道所要编译的语言的详细语法。前端的工作包括词法分析、语法分析、语义分析和中间代码生成。

词法分析器: 将源代码分解成一系列标记(token)，其中每个标记表示源代码中的一个组成部分，如、标识符、常量、运算符等。
语法分析器: 将词法分析器的输出作为输入，并将其解析为语法树，其中语法树表示源代码的结构。
语义分析器: 检查语法树以确保它符合语言的语义规则，并生成中间代码。

3. 后端

后端将中间代码翻译成目标代码，而目标代码通常是机器指令或汇编代码。后端的模块主要包括代码优化器、目标代码生成器和目标代码优化器。

代码优化器: 将中间代码优化为更有效率的代码，并生成更优的目标代码。
目标代码生成器: 将优化过的中间代码翻译成目标代码。
目标代码优化器: 对目标代码进行优化，使其更有效地执行。

编译器原理

1. 词法分析

词法分析是编译器的第一阶段，它是将源代码分解成一系列标记(token)的过程，其中每个标记表示源代码中的一个组成部分，如关键字、标识符、常量、运算符等。词法分析器通常由一个正则表达式引擎组成，它将源代码中的字符序列与正则表达式进行匹配，以确定每个标记的类型。

2. 语法分析

语法分析是编译器的第二阶段，它是将词法分析器的输出作为输入，并将其解析为语法树的过程，其中语法树表示源代码的结构。语法分析器通常由一个上下文无关文法(CFG)组成，它定义了语言的语法规则。语法分析器将词法分析器的输出作为输入，并根据CFG中的规则对输入进行分析，从而生成语法树。

3. 语义分析

语义分析是编译器的第三阶段，它是检查语法树以确保它符合语言的语义规则，并生成中间代码的过程。语义分析器通常由一系列语义规则组成，这些规则定义了语言的语义规则。语义分析器将语法树作为输入，并根据语义规则对语法树进行分析，以检查语法树是否符合语言的语义规则。如果语法树符合语言的语义规则，则语义分析器将生成中间代码。

4. 中间代码生成

中间代码生成是编译器的第四阶段，它是将语义分析器的输出作为输入，并将其翻译成中间代码的过程，其中中间代码是一种与目标机器无关的代码。中间代码生成器通常由一系列代码生成规则组成，这些规则定义了如何将语义分析器的输出翻译成中间代码。中间代码生成器将语义分析器的输出作为输入，并根据代码生成规则对输出进行翻译，从而生成中间代码。

5. 代码优化

代码优化是编译器的第五阶段，它是将中间代码优化为更有效率的代码的过程。代码优化器通常由一系列优化规则组成，这些规则定义了如何将中间代码优化为更有效率的代码。代码优化器将中间代码作为输入，并根据优化规则对中间代码进行优化，从而生成更优的目标代码。

6. 目标代码生成

目标代码生成是编译器的第六阶段，它是将优化过的中间代码翻译成目标代码的过程，而目标代码通常是机器指令或汇编代码。目标代码生成器通常由一系列代码生成规则组成，这些规则定义了如何将优化过的中间代码翻译成目标代码。目标代码生成器将优化过的中间代码作为输入，并根据代码生成规则对中间代码进行翻译，从而生成目标代码。