Что такое компиляция в программировании

Компиляция (программирование)

Большинство компиляторов переводит программу с некоторого высокоуровневого языка программирования в машинный код, который может быть непосредственно выполнен центральным процессором. Как правило, этот код также ориентирован на исполнение в среде конкретной операционной системы, поскольку использует предоставляемые ею возможности (системные вызовы, библиотеки функций). Архитектура (набор программно-аппаратных средств), для которой производится компиляция, называется целевой машиной.

Некоторые компиляторы (например, низкоуровневом языке. Такой язык — байт-код — также можно считать языком машинных команд, поскольку он подлежит интерпретации виртуальной машиной. Например, для языка Java это JVM (язык виртуальной машины Java), или так называемый байт-код Java (вслед за ним все промежуточные низкоуровневые языки стали называть байт-кодами). Для языков программирования на платформе .NET Framework (C#, Managed C++, Visual Basic .NET и другие) — это MSIL (Microsoft Intermediate Language).

Программа на байт-коде подлежит интерпретации виртуальной машиной, либо ещё одной компиляции уже в машинный код непосредственно перед исполнением. Последнее называется «Just-In-Time компиляция» (MSIL-код компилируется в код целевой машины также JIT-компилятором, а библиотеки .NET Framework компилируются заранее).

Для каждой целевой машины (Apple и т. д.) и каждой операционной системы или семейства операционных систем, работающих на целевой машине, требуется написание своего компилятора. Существуют также так называемые кросс-компиляторы, позволяющие на одной машине и в среде одной ОС получать код, предназначенный для выполнения на другой целевой машине и/или в среде другой ОС. Кроме того, компиляторы могут быть оптимизированы под разные типы процессоров из одного семейства (путём использования специфичных для этих процессоров инструкций). Например, код, скомпилированный под процессоры семейства MMX, SSE2.

Также существуют компиляторы, переводящие программу с языка высокого уровня на язык ассемблера.

Существуют программы, которые решают обратную задачу — перевод программы с низкоуровневого языка на высокоуровневый. Этот процесс называют декомпиляцией, а программы — декомпиляторами. Но поскольку компиляция — это процесс с потерями, точно восстановить исходный код, скажем, на C++, в общем случае невозможно. Более эффективно декомпилируются программы в байт-кодах — например, существует довольно надёжный декомпилятор для Flash. Сходным процессом является дизассемблирование машинного кода в код на языке ассемблера, который всегда выполняется успешно. Связано это с тем, что между кодами машинных команд и командами ассемблера имеется практически однозначное соответствие.

Структура компилятора

Процесс компиляции состоит из следующих этапов:

1. Лексический анализ. На этом этапе последовательность символов исходного файла преобразуется в последовательность лексем.
2. Синтаксический (грамматический) анализ. Последовательность лексем преобразуется в дерево разбора.
3. Семантический анализ. Дерево разбора обрабатывается с целью установления его семантики (смысла) — например, привязка идентификаторов к их декларациям, типам, проверка совместимости, определение типов выражений и т. д. Результат обычно называется «промежуточным представлением/кодом», и может быть дополненным деревом разбора, новым деревом, абстрактным набором команд или чем-то ещё, удобным для дальнейшей обработки.
4. Оптимизация. Выполняется удаление излишних конструкций и упрощение кода с сохранением его смысла. Оптимизация может быть на разных уровнях и этапах — например, над промежуточным кодом или над конечным машинным кодом.
5. Генерация кода. Из промежуточного представления порождается код на целевом языке.

В конкретных реализациях компиляторов эти этапы могут быть раздельны или совмещены в том или ином виде.

Трансляция и компоновка

Важной исторической особенностью компилятора, отражённой в его названии (англ. compile — собирать вместе, составлять), являлось то, что он мог производить и компоновку (то есть содержал две части — транслятор и компоновщик). Это связано с тем, что раздельная компиляция и компоновка как отдельная стадия сборки выделились значительно позже появления компиляторов, и многие популярные компиляторы (например, GCC) до сих пор физически объединены со своими компоновщиками. В связи с этим, вместо термина «компилятор» иногда используют термин «транслятор» как его синоним: либо в старой литературе, либо когда хотят подчеркнуть его способность переводить программу в машинный код (и наоборот, используют термин «компилятор» для подчёркивания способности собирать из многих файлов один).

Интересные факты

• На заре развития компьютеров первые компиляторы (трансляторы) называли «программирующими программами» [6] (так как в тот момент программой считался только машинный код, а «программирующая программа» была способна из человеческого текста сделать машинный код, то есть запрограммировать ЭВМ).

Примечания

1. ↑ГОСТ 19781-83 // Вычислительная техника. Терминология: Справочное пособие. Выпуск 1 / Рецензент канд. техн. наук Ю. П. Селиванов. — М.: Издательство стандартов, 1989. — 168 с. — 55 000 экз. — ISBN 5-7050-0155-X
2. ↑ 1234567Першиков В. И., Савинков В. М. Толковый словарь по информатике / Рецензенты: канд. физ.-мат. наук А. С. Марков и д-р физ.-мат. наук И. В. Поттосин. — М.: Финансы и статистика, 1991. — 543 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-279-00367-0
3. ↑ 123 СТ ИСО 2382/7-77 // Вычислительная техника. Терминология. Указ. соч.
4. ↑Борковский А. Б. Англо-русский словарь по программированию и информатике (с толкованиями). — М.: Русский язык, 1990. — 335 с. — 50 050 (доп.) экз. — ISBN 5-200-01169-3
5. ↑ Толковый словарь по вычислительным системам = Dictionary of Computing / Под ред. В. Иллингуорта и др.: Пер. с англ. А. К. Белоцкого и др.; Под ред. Е. К. Масловского. — М.: Машиностроение, 1990. — 560 с. — 70 000 (доп.) экз. — ISBN 5-217-00617-X (СССР), ISBN 0-19-853913-4 (Великобритания)
6. ↑Н. А. Криницкий, Г. А. Миронов, Г. Д. Фролов. Программирование / Под ред. М. Р. Шура-Бура. — М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963.

См. также

• Компилятор компиляторов
• «Книга дракона» — классический учебник о построении компиляторов.
• Синтаксический анализ
• Интерпретатор

• GCC
• Free Pascal Compiler
• Sun Studio — компиляторы C, C++ и Fortran от Sun Microsystems Inc.
• Open Watcom — свободное продолжение компиляторов Watcom C/C++/Fortran.
• Intel C++/Fortran compiler
• ICC AVR

Литература

• Альфред В. Ахо, Моника С. Лам, Рави Сети, Джеффри Д. Ульман. Компиляторы: принципы, технологии и инструментарий = Compilers: Principles, Techniques, and Tools. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2008. — ISBN 978-5-8459-1349-4
• Робин Хантер. Основные концепции компиляторов = The Essence of Compilers. — М.: Вильямс, 2002. — С. 256. — ISBN 0-13-727835-7
• Хантер Р. Проектирование и конструирование компиляторов / Пер. с англ. С. М. Круговой. — М.: Финансы и статистика, 1984. — 232 с.
• Д. Креншоу.Давайте создадим компилятор!.

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Компины
• Компланарные вектора

Компилятор

Компилятор — это программа, которая переводит текст, написанный на языке программирования, в машинные коды. С помощью компиляторов компьютеры могут понимать разные языки программирования, в том числе высокоуровневые, то есть близкие к человеку и далекие от «железа».

«IT-специалист с нуля» наш лучший курс для старта в IT

Процесс работы компилятора с кодом называется компиляцией, или сборкой. По сути, компилятор — комплексный «переводчик», который собирает, или компилирует, программу в исполняемый файл. Исполняемый файл — это набор инструкций для компьютера, который тот понимает и может выполнить.

Языки программирования, для перевода которых используются компиляторы, называются компилируемыми.

Для чего нужен компилятор

Изначально компьютер не понимает смысл написанного на любом языке программирования. Язык компьютера — машинные коды, нули и единицы, в которых зашифрована информация и команды. Писать на машинных кодах программы практически невозможно: даже простейшее действие будет отнимать много часов работы программиста. Поэтому появились языки программирования, более понятные для людей, и специальные программы, которые переводят эти языки в машинные коды. Эти программы и есть компиляторы.

Без компилятора любой код на компилируемом языке программирования будет для компьютера просто текстом — он не распознает команды и не сможет их выполнить. Поэтому компилятор нужен, чтобы программы могли выполняться. Без него ничего не будет работать.

Еще одна задача компилятора — собрать все модули, например подключенные библиотеки, в единый файл. Нужно, чтобы исполняемый файл содержал в себе все необходимое для нормальной работы программы и полного выполнения инструкций.

Профессия / 8 месяцев
IT-специалист с нуля

Попробуйте 9 профессий за 2 месяца и выберите подходящую вам

Компилятор и интерпретатор: в чем разница

Компиляция — не единственный подход к «переводу» человекопонятного языка программирования на машинный. Еще есть интерпретаторы и байт-код, но там технологии совсем другие.

Интерпретатор — это тоже программа, которая «переводит» текст на высокоуровневом языке программирования, но делает это иначе. Она не собирает весь код в один исполняемый файл для последующего запуска, а исполняет код сразу, построчно. Это чуть медленнее, но иногда удобнее. Языки, использующие интерпретаторы, называются интерпретируемыми.

Байт-код — «промежуточное звено» между подходами компиляции и интерпретации. Программа преобразуется в особый код, который запускается под специальной виртуальной машиной. Языков, которые работают так, относительно немного, самый известный и яркий пример — Java.

В каких языках используются компиляторы

Среди популярных сегодня языков компилируемыми являются Swift и Go, а также C / C++ и Objective-C. Другие примеры — Visual Basic, Haskell, Pascal / Delphi, Rust, а также Lisp, Prolog и прочие менее известные языки. Разумеется, компилируемым является и язык ассемблера — очень низкоуровневый и написанный напрямую на машинных кодах.

Отдельно можно выделить языки, которые трансформируются в байт-код — это тоже своего рода компиляция. К ним относятся Java, Scala и Kotlin, а также C# и языки платформы .NET.

Курс для новичков «IT-специалист
с нуля» – разберемся, какая профессия вам подходит, и поможем вам ее освоить

На каких языках пишут компиляторы

Другие языки. Писать компилятор на машинном коде тяжело и долго, порой практически невозможно. Поэтому их пишут на уже существующих языках: получается, что большинство языков написано на других.

Например, один из компиляторов языка Go частично написан на C++, самый первый компилятор C++ — на ассемблере, а уже ассемблер — на машинных кодах.

Тот же язык. Написать компилятор для языка программирования можно на других версиях того же языка — такой подход разрешен и активно используется в разработке. Это нужно, чтобы компиляторы были более гибкими и «умными» и могли поддерживать больше возможностей, — ассемблер довольно примитивен и не решает всех задач.

Выглядит это так:

• первый, более простой компилятор пишется на ассемблере;
• второй пишется уже на нужном языке и компилируется первым компилятором;
• переведенный в машинные коды второй компилятор компилирует свои же исходники — получается более новая и мощная версия его же.

Например, большинство современных компиляторов для C / C++ написано на C / C++. Такие компиляторы называют самокомпилируемыми.

Почему у одного языка может быть несколько компиляторов

У большинства языков программирования несколько компиляторов. Их еще называют реализациями. Изначальную реализацию пишет создатель языка, потом со временем появляются альтернативные. Зачем это делается? Цели могут быть разными:

• написать более современный и функциональный компилятор, обновить язык;
• оптимизировать язык и сделать его эффективнее;
• создать свободную реализацию, которую сможет дополнять сообщество;
• исправить ошибки, которые есть в существующих реализациях;
• перенести язык на другую платформу, и так далее.

Подходы к оптимизации, портированию и выполнению других целей у всех групп разработчиков свои. Поэтому разные компиляторы одного и того же языка могут различаться скоростью, особенностями архитектуры, назначением и другими параметрами. Синтаксис языка при этом остается таким же, но есть особые ситуации, когда одна и та же строчка может выполняться по-разному в зависимости от компилятора.

Какими бывают компиляторы

Компиляторы очень многообразны. Есть такие, которые имеют узкую специализацию, например запускаются только под процессоры определенного семейства и оптимизированы под них. Есть и более широкие — так называемые кросс-компиляторы, которые могут поддерживать несколько операционных систем.

Один компилятор может «знать» несколько языков программирования. Яркий пример такого решения — GCC, или GNU Compiler Collection, кросс-компилятор для нескольких операционных систем и языков, полностью бесплатный и свободный. На нем написано программное обеспечение GNU.

Существуют и так называемые компиляторы компиляторов. Они генерируют компиляторы для языка на основе его формального описания.

Курс для новичков «IT-специалист
с нуля» – разберемся, какая профессия вам подходит, и поможем вам ее освоить

Как устроены и работают компиляторы

Простыми словами, они «читают» пришедшую к ним на вход программу и переводят ее команды в соответствующие им наборы машинных кодов. Детали уже сложнее и различаются в зависимости от реализации. Например, есть модульные гибкие компиляторы, написанные на высокоуровневых языках, есть отладочные компиляторы, способные устранять часть синтаксических ошибок, и так далее.

Сама компиляция может быть:

• построчной — в машинный код по очереди переводится каждая строка, что похоже на интерпретацию, но отличается технически;
• пакетной — код разбивается на блоки, или пакеты, и компилируется поблочно;
• условной — особенности компиляции зависят от условий, которые прописаны в исходном коде компилируемой программы.

Сначала компилятор разбирает, что написано, потом анализирует команды, а потом генерирует машинные коды. Он не запускает программу, запуск — это отдельное действие.

Преимущества компилируемых языков

• Компилируемые языки обычно быстрее, чем интерпретируемые, и их легче оптимизировать.
• Итоговый размер кода у компилируемых языков, как правило, меньше, чем у интерпретируемых.
• В компилируемых языках намного шире возможность контролировать аппаратные ресурсы. Это не значит, что они все низкоуровневые, но обратное — верно: практически все низкоуровневые языки — компилируемые.
• Когда процессоры становятся мощнее, именно компилируемые языки могут в должной мере задействовать их преимущества.
• Код после компилятора лучше оптимизируется под конкретные устройства, архитектуру «железа», эффективно задействует память и не тратит лишних ресурсов.
• Компилируемые языки обычно мощные и высокопроизводительные, поэтому на них пишут игры и другие серьезно нагруженные приложения.

Недостатки компилируемых языков

• В отличие от интерпретируемых языков, компилируемые не выполняют код сразу — его сначала нужно собрать, а это лишний шаг и лишнее время.
• Код сложнее в отладке: приходится заново компилировать его при каждом, даже небольшом изменении. Сам процесс поиска и устранения ошибок бывает довольно неочевидным.
• Машинный код жестко связан с архитектурой платформы и различается в зависимости от системы. Поэтому компилируемые языки — по умолчанию не кроссплатформенные. Для переноса языка на другую операционную систему понадобится писать новый компилятор. Правда, есть исключения в виде универсальных кросс-компиляторов, работающих под разными платформами, но они подходят не для всего.
• Для новичков проблема еще и в том, что компилируемые языки часто сложнее, чем интерпретируемые. Изучать их с нуля может быть тяжело, хотя и тут есть исключения.

Как пользоваться компилятором

Начинающий разработчик редко взаимодействует с компилятором напрямую. Он скачивает язык программирования, в том числе его компилятор, а потом работает в редакторе кода или IDE. Среда разработки сама запускает компилятор каждый раз, когда пользователь кликает на кнопку сборки или выполнения программы. Для этого его не нужно вызывать вручную. Иногда среда может сама включать в себя несколько компиляторов и выбирать подходящий в каждом случае.

Поэтому трогать компилятор на ранних этапах не имеет смысла — просто стоит помнить, что он есть, чтобы лучше разбираться в происходящем. Но он может пригодиться, если вы захотите скомпилировать что-то без среды разработки, например прямо в командной строке. Тогда его придется вызвать с помощью специальной команды — она своя для каждого решения.

У любого ПО есть документация, так что, если вы хотите узнать больше о компиляторе, которым пользуетесь, можете прочитать ее.

Узнайте больше об устройстве и работе языков программирования на курсах — получите новую профессию и станьте востребованным IT-специалистом.

IT-специалист с нуля

Наш лучший курс для старта в IT. За 2 месяца вы пробуете себя в девяти разных профессиях: мобильной и веб-разработке, тестировании, аналитике и даже Data Science — выберите подходящую и сразу освойте ее.

Статьи по теме:

• Функциональные языки программирования
• Objective-C
• Синтаксис

Компиляция в программировании

Компиля́ция (англ. compilation, code compilation) в программировании, преобразование компилятором компьютерной программы , обычно составляемой на языке программирования высокого уровня ( исходного кода ), в эквивалентную программу на выходном языке (в машинный или промежуточный код) с учётом платформы исполнения ( операционной системы , аппаратных средств). Логически процесс компиляции делится на этапы, основными из которых являются анализ исходного кода (текста) и синтез объектного кода, или кодогенерация. Каждый из этапов, в свою очередь, делится на фазы (англ. translation phase). Например, этап анализа состоит из фаз лексического анализа, синтаксического анализа и семантического анализа. Каждая стадия просмотра компилятором исходного текста от начала до конца называется проходом. Различают также компиляцию на диск (англ. compiling to disk) и более быструю компиляцию в оперативную память (англ. compiling to memory) ( Пройдаков, Теплицкий. 2015 ).

Редакция информационных технологий

Опубликовано 31 марта 2023 г. в 14:20 (GMT+3). Последнее обновление 31 марта 2023 г. в 14:20 (GMT+3). Обратная связь

Современные технологии
Разработка программного обеспечения
Информация

Области знаний: Теория компиляторов и интерпретаторов

• Научно-образовательный портал «Большая российская энциклопедия»
  Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС77-84198,
  выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 15 ноября 2022 года.
  ISSN: 2949-2076
• Учредитель: Автономная некоммерческая организация «Национальный научно-образовательный центр «Большая российская энциклопедия»
  Главный редактор: Кравец С. Л.
  Телефон редакции: +7 (495) 917 90 00
  Эл. почта редакции: secretar@greatbook.ru

• © АНО БРЭ, 2022 — 2023. Все права защищены.
• Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
  Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей.
• Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
  Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей.

Что такое компиляция в программировании

Существуют следующие возможные способы применения слова компиляция:

1. Аниме. В данной сфере компиляцией обозначают короткометражный или полнометражный фильм, который основан на соответствующем сериале, выполненном в классическом жанре японской анимации

2. Литература. В этом виде искусства компиляцией называют создание сочинений на основании уже существующих произведений, без дополнительной обработки источников. Также в литературе данным термином обозначают любую работу, выполненную таким образом. Этот вид деятельности существенно отличается от плагиата ввиду того, что в некоторых типах произведений, таких как обзоры, очерки или монографии, авторам необходимо использовать большое количество источников, в том числе и отдельных вставок из них.

3. Музыка. В данном виде искусства компиляцией называют сборник или же целый альбом, в который входят композиции, выполненные на одну и ту же тему. Это могут быть хит-парады, песни, определенного стиля или эпохи, а также сочинения некоего исполнителя различных лет написания. Отдельно в музыке этим термином именуется методика составления произведения из уже использующихся тем. Иногда компиляцией можно назвать то же, что и попурри.

4. Программирование. Компиляцией в данной науке принято именовать осуществление трансляции программы, что написана на высокоуровневом языке, в программу, которая создана посредством языка более низкого уровня, но при этом имеющего схожий машинный код. Этот процесс осуществляется при помощи использования специального компилятора.

Вышеперечисленный перечень сфер применения понятия компиляция не является исчерпывающим.

Музыка

Основные типичные примеры компиляции в музыке заключаются в следующем:

Сборники самых популярных композиций артиста или же группы. Для привлечения внимания к ним, чаще всего в них включают песню, ранее не выпускавшуюся в других альбомах.
Другие сборники артиста или группы. Это могут быть редкие записи, песни, являющиеся саундтреками к фильмам, и т.д.
Наборы дисков исполнителя. Они могут охватывать либо все творчество исполнителя, либо часть его альбомов.
Тематические сборники нескольких исполнителей. Они могут быть посвящены любви, Новому году, Рождеству и т.д.
Жанровые сборники. Чаще всего их создают исполнители, работающие в жанрах блюз, рок, джаз и др.
Сборники хитов различных артистов. Чаще всего это касается самых популярных песен различных времен или же определенного года.
Рекламные сборники. Эта форма продвижения является одной из наиболее успешных и популярных.
Альбомы продюсеров. В большинстве случаев они помогают в работе большому количеству исполнителей.

Таким образом, компиляция в музыке обрела такое же распространение, как и в литературе.

Программирование

В программировании существуют следующие виды компиляции:

пакетная – использование нескольких модулей в одном и том же задании;
построчная – анализ и интерпретация каждой завершенной грамматической конструкции языка по очереди;
условная – транслируемый текст основывается на тех нормах, что заданы в первоначальной программе.
Трансляция программы – это неотъемлемая часть компиляции. Этот процесс включает в себя такие действия:

анализ лексики;
анализ синтаксиса;
анализ семантики;
оптимизация;
генерация нового кода.

Для осуществления компиляции в программировании используются различные типы программ. Они бывают векторизующими, гибкими, диалоговыми, инкрементальными, интерпретирующими, отладочными, резидентными, самокомпилирующими и универсальными.