4. Трансляция и ее фазы
Самое главное в процессе трансляции состоит в том, что он не является линейным, то есть последовательным преобразованием фрагмента программы одного языка на другой. На процесс трансляции одного фрагмента обязательно оказывают влияние другие фрагменты программы. Потому в самом общем виде трансляция заключается в анализе текста программы и построения еевнутреннего представления (внутренней модели), из которой происходитсинтез текста эквивалентной программы, но уже на другом языке.
Что касается анализа, то он происходит в три этапа, которые соответствуют трем основным составляющим любого языка программирования.
Лексикаязыка программирования - это правила «правописания слов» программы, таких как идентификаторы, константы, служебные слова, комментарии. Лексический анализ разбивает текст программы на указанные элементы. Особенность любой лексики -ее элементы представляют собой регулярные линейные последовательности символов. Например,Идентификатор- это произвольная последовательность букв, цифр и символа "_", начинающаяся с буквы или "_".
Синтаксисязыка программирования - это правила составления предложений языка из отдельных слов. Такими предложениями являются операции, операторы, определения функций и переменных. Особенностью синтаксиса является принцип вложенности (рекурсивность) правил построения предложений. Это значит, что элемент синтаксиса языка в своем определении прямо или косвенно в одной из его частей содержит сам себя. Например, в определении оператора цикла телом цикла является оператор, частным случаем которого является все тот же оператор цикла.
Семантикаязыка программирования - это смысл, который закладывается в каждую конструкцию языка. Семантический анализ - это проверка смысловой правильности конструкции. Например, если мы в выражении используем переменную, то она должна быть определена ранее по тексту программы, а из этого определения может быть получен ее тип. Исходя из типа переменной, можно говорит о допустимости операции с данной переменной.
Фаза синтеза зависит от способа трансляции. В компиляторах он состоит в генерации кода, в интерпретаторах – в непосредственном исполнении (интерпретации) полученного внутреннего представления.
Генерация кода- это преобразование элементарных действий, полученных в результате лексического, синтаксического и семантического анализа программы, в некоторое внут-реннее представление. Это могут быть коды команд, адреса и содержимое памяти данных, либо текст программы на языке Ассемблера, либо стандартизованный промежуточный код (например, P-код). В процессе генерации кода производится и его оптимизация.
5. Модульное программирование, компоновка
При независимой трансляции модулей (файлов исходного текста) в результате трансляции получается объектный модуль - некоторый «полуфабрикат», содержащий оттранслированную часть программы во внутреннем представлении, а также информацию о некоторых элементах программы в исходном (символьном) виде:
программный код, использующий в своей работе только объекты языка (типы данных, переменные, функции), определенные в текущем модуле, полностью переводится во внутреннее (двоичное) представление;
если объект языка допускает внешний доступ из других модулей, то в объектом модуле создается точка входа, содержащая его имя и внутренний адрес в пространстве объектного модуля;
при трансляции обращения к внешнему объекту языка объявление, полученное из заголовочного файла позволяет сформировать программный код для обращения к нему. Но все равно неизвестным остается его адрес. Поэтому вместо адреса транслятор оставляет внешнюю ссылку, содержащую исходное (символическое) имя объекта.
Библиотека объектных модулей- это файл (библиотечный файл), содержащий набор объектных модулей и собственный внутренний каталог. Объектные модули библиотеки извлекаются из нее целиком при наличии в них требуемых внешних функций и переменных и используются в процессе компоновки программы.
Компоновка (редактирование связей)- это процесс сборки программы из объектных модулей и библиотек, который включает в себя:
объединение адресных пространств отдельных модулей (и их содержимого – внутреннего представления программы) в единое адресное пространство программного файла (компоновка);
«соединение» внешних ссылок и соответствующих им точек входа (редактирование связей);
при отсутствии необходимых точек входа для внешних ссылок их поиск производится в указанных библиотечных файлах. Если точка входа найдена в библиотеке объектных модулей, то весь объектный модуль, содержащий эту точку, компонуется в программу и для него повторяется описанный выше процесс.
В заключение отметим, что источником объектного модуля может быть не только Си-программа, но и программа, написанная на любом другом языке программирования, например, на Ассемблере. Но в этом случае необходимы дополнительные соглашения по поводу «стыковки» вызовов функций и обращений к данным в различных языках.
Понятие связывания. Статическое и динамическое связывание
Трансляция и последующие действия по подготовке программы к выполнению представляют собой процесс преобразования программы, записанной на некотором формальном языке, в другую формальную систему - архитектуру компьютера, в которой она может быть выполнена (интерпретирована). Для понимания этого процесса, а также отличий, имеющихся в различных языках программирования, вводится понятие связывания, а такжевремени связывания.