1.6. Инструментарий для создания компиляторов

Создатели компиляторов, как и прочие программисты, могут с пользой применять та­кие программные инструменты, как отладчики, средства контроля версий, профайлеры и т.п. В главе 11, "Создание компилятора" мы узнаем об использовании некоторых из этих инструментов при реализации компиляторов. В дополнение к этим средствам может ис­пользоваться ряд более специализированных инструментов, которые будут вкратце рас­смотрены в этом разделе. Подробнее они будут описаны в последующих главах книги.

Вскоре после написания первых компиляторов появились инструменты, облегчающие их создание. Такие системы получили названия компиляторов компиляторов, генерато­ров компиляторов или систем написания трансляторов. Как правило, они ориентиро­ваны на языки определенной модели и наиболее подходят для генерации компиляторов языков именно этой модели.

Например, можно предположить, что лексические анализаторы для всех языков, по сути, одинаковы — за исключением множеств ключевых слов и знаков. Многие компи­ляторы компиляторов используют фиксированные программы лексического анализа в генерируемых компиляторах. Эти программы пользуются только списком ключевых слов, и все, что требуется от пользователя, — предоставить этот список. Такой подход вполне корректен, но может оказаться неработоспособным, если необходимо распознавание нестандартных токенов, например идентификаторов, которые включают символы, отличающиеся от букв и цифр.

Некоторые инструменты созданы для автоматической разработки определенных ком­понентов компиляторов. Они используют специализированные языки для определения и реализации компонентов и применяют весьма интеллектуальные алгоритмы. Наиболее эффективные инструменты скрывают детали алгоритма генерации и производят компо­ненты, легко интегрируемые с остальными частями компилятора. Ниже представлен список некоторых инструментов для создания компиляторов.

1. Генераторы синтаксических анализаторов. Эти генераторы производят синтакси­ческие анализаторы, обычно по входной информации, основанной на контекстно-свободной грамматике. В первых компиляторах синтаксический анализ был весьма неэффективен и трудоемок. В настоящее время эта фаза является одной из простей­ших при реализации. Многие "микроязыки", использовавшиеся при создании этой книги, такие как PIC ([245]) и EQN, реализованы за несколько дней с помощью ана­лизатора, описанного в разделе 4.7. Многие генераторы синтаксических анализато­ров используют мощные алгоритмы разбора, которые слишком сложны для ручной реализации.

2. Генераторы сканеров. Этот инструментарий автоматически генерирует лексические анализаторы, как правило, с использованием спецификаций, построенных на регу­лярных выражениях (об этом рассказывается в главе 3, "Лексический анализ"). В ос­новном, лексические анализаторы действуют по принципу конечного автомата. Ти­пичный генератор сканеров и его реализация описаны в разделах 3.5 и 3.8.

3. Средства синтаксически управляемой трансляции. С помощью данного инструмен­тария создаются наборы программ прохода по дереву разбора (наподобие представ­ленного на рис. 1.4) и генерации промежуточного кода. Основная идея состоит в од­ной или нескольких "трансляциях", связанных с каждым узлом дерева разбора; при этом каждая трансляция определяется с учетом соседних узлов дерева. Эти средства обсуждаются в главе 5, "Синтаксически управляемая трансляция".

4. Автоматические генераторы кода. Эти инструменты получают набор правил, кото­рые указывают способ трансляции каждой операции промежуточного языка в опреде­ленный машинный язык. Правила должны быть достаточно детальны, чтобы обеспе­чить работу с различными способами доступа к данным. Например, переменные могут находиться в регистрах, фиксированных (статических) ячейках памяти или в стеке. В данном случае применяется технология "согласованных шаблонов". Инструкции про­межуточного кода замещаются "шаблонами", которые представляют собой последова­тельности машинных инструкций, согласованные по способу хранения переменных. Поскольку обычно имеется множество вариантов размещения переменных (например, в одном из регистров или в памяти), возможно использование различных способов за­мещения промежуточного кода набором шаблонов. Необходимо выбрать хорошее за­мещение шаблонами, без перебора всех возможных вариантов и замедления компиля­ции. Подобные инструменты рассматриваются в главе 9, "Генерация кода".

5. Средства работы с потоком данных. Для получения оптимизированного выходного кода требуется проведение серьезного анализа потока данных, т.е. сбора и анализа информации о том, каким образом значения передаются из одной части программы в другую. Такие задачи могут быть решены, по сути, с помощью одинаковых про­грамм, одна из которых рассматривается в разделе 10.11.