带有示例的编译器阶段的工作

编译器是将高级语言代码翻译成计算机可以执行的指令集的程序。编译器需要被工作在多个阶段，这通常涉及到源代码的分析、优化和代码的生成。

编译器工作的阶段

通常情况下，编译器工作过程分为以下几个主要的阶段：

1. 词法分析器(lexer)：将源代码的字符序列提取为有意义的词法单元，并产生token流，供后续的语法分析器(parser)使用。

   比如下面的C++代码:

   int main() {
       std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
       return 0;
   }
   

   经过词法分析之后，将会被分解为若干个token，如下所示：

   int, main, (, ), {, std::cout, <<, "Hello, World!", <<, std::endl, ;, return, 0, ;, }
   

2. 语法分析器(parser)：利用词法分析器产生的token流，构建语法树并执行语法检查，确保源代码的正确性。

   语法树描述了源代码的结构，比如下面这个简单的C++程序：

   int main() {
       int x = 10;
       int y = 20;
       int z = x + y;
       std::cout << z << std::endl;
       return 0;
   }
   

   对应的语法树如下图所示：

   

3. 语义分析器(semantics analyzer)：在将源代码转换为中间代码之前，对源代码进行语义检查，确保在编译期间无错误和警告。

   例如，下面的代码中，建立了一个在外部作用域中定义的变量，这是不允许的：

   #include <iostream>
   
   int x = 42;
   
   int main() {
       int x = 10;
       std::cout << x << std::endl;
       return 0;
   }
   

   如果你使用g++编译器编译这个代码，你会得到以下错误信息：

   error: declaration of 'x' shadows a global declaration
    int x = 10;
        ^
   

4. 中间代码生成(Intermediate code generator)：将代码翻译成与平台无关的中间代码，中间代码是一种表示源代码行为的抽象机器指令。

   下面这个C++代码段将会被转换为中间代码：

   int a = 5;
   int b = 10;
   int result = a * b;
   

   转换后的中间代码：

   load 5 -> R1
   store R1 -> a
   load 10 -> R2
   store R2 -> b
   load a -> R1
   load b -> R2
   mul R1, R2 -> R3
   store R3 -> result
   

5. 优化器(Optimizer)：对中间代码进行静态分析和优化，以提高代码的执行速度和效率。

   下面是一个简单的代码块，在没有进行任何优化的情况下：

   int a = 5;
   int b = 10;
   int result = a * b;
   

   通过一些常见的优化手段，如常量折叠和移除死代码，代码被转换成以下形式：

   int result = 50;
   

6. 目标代码生成(Target code generator)：将中间代码翻译成所选的目标平台(芯片或操作系统)的机器代码。

   目标代码可以是汇编语言或机器代码。机器码是一组信号，指示不同的操作和数据传输。

总结

编译器是一个强大的工具，它可以将人类可读的高级语言代码转换成计算机可读的机器代码。它的工作分为几个不同的阶段，每个阶段都有其独特的目的和任务。了解编译器如何工作，并理解其内部过程，有助于程序员编写高效、性能优越的代码。

参考文献

• Compiler construction (Wikipedia)
• Compiler Design - Phases of Compiler (Tutorialspoint)

@.str = private unnamed_addr constant [14 x i8] c"Hello, world!\00", align 1
declare i32 @puts(i8*)

define i32 @main() {
  %1 = getelementptr inbounds [14 x i8], [14 x i8]* @.str, i64 0, i64 0
  call i32 @puts(i8* %1)
  ret i32 0
}