Compiler Bedeutung, Erklärung und Definition.
Ein Compiler (auch Kompilierer oder Übersetzer) ist ein Computerprogramm, das ein in einer Quellsprache geschriebenes Programm in ein semantisch äquivalentes Programm einer Zielsprache umwandelt. Üblicherweise handelt es sich dabei um die Übersetzung eines von einem Programmierer in einer Programmiersprache geschriebenen Quelltextes nach Assemblersprache, Bytecode oder Maschinensprache. Die Anwendung eines Compilers wird als Kompilierung bezeichnet.Der Compilerbau, also die Programmierung eines Compilers, ist eine eigenständige Disziplin innerhalb der Informatik.
Die Bezeichnungen Compiler oder Kompilierer sind eigentlich irreführend, weil sie von der Zusammenstellung von Tabellen herrühren, die der Compiler für seine interne Datenverwaltung benötigt, was aber an der Kernaufgabe eines Compilers vorbeigeht.
Verwandt mit einem Compiler ist ein Interpreter, der ein Programm nicht in die Zielsprache übersetzt, sondern Schritt für Schritt direkt ausführt.
Der erste Compiler (A-0) wurde 1952 von der Mathematikerin Grace Hopper entwickelt.
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Es lassen sich im Wesentlichen zwei Phasen unterscheiden: eine Analysephase, die den Quelltext analysiert und daraus einen Syntaxbaum erzeugt, sowie die Synthesephase, die daraus das Zielprogramm erzeugt.
Ein Scanner benutzt gelegentlich einen separaten Screener, um Whitespace (Leerraum, also Leerzeichen, Zeilenenden, usw.) und Kommentare zu überspringen.
Die Optimierung erfolgt in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Hardware, z. B. wieviele und welche Register (Computer) der Prozessor des Computers zur Verfügung stellt.
Einige Optimierungen führen dazu, dass der Compiler Programmkonstrukte in semantisch äquivalente, aber günstigere Konstrukte umwandelt, die keine Entsprechung im Quellcode haben. Eine Folge ist, dass es bei Aktivierung entsprechender Optimierungen kaum noch möglich ist, den Programmablauf mit einem interaktiven Debugger zu verfolgen.
Im Folgenden betrachten wir einige Optimierungsmöglichkeiten eines Compilers. Dabei handelt es sich naturgemäß nur um Feinabstimmung an einem bestehenden Programm. "Optimierung" bedeutet auch nicht, dass das Programm danach in irgendeiner Weise optimal wäre, nur besser. Es ist auch möglich, dass das Programm nachher "totoptimiert" ist, also die Optimierung über das Ziel soweit hinausgeschossen ist, dass das Programm effektiv langsamer ausgeführt wird. Viele Optimierungen moderner Compiler sind solche Abwägungen zwischen dem, was möglich ist, und dem, was sinnvoll ist. Die Grenze zwischen beiden ist meist nicht klar ersichtlich und muss durch Tests herausgefunden werden.
Es sollte nicht vergessen werden, dass das größte Optimierungspotenzial oft darin besteht, den Algorithmus selbst zu verändern bzw. durch einen besseren zu ersetzen. Dieser Vorgang kann nicht automatisiert werden, sondern muss durch den Programmierer erfolgen.Geschichte
Sonderformen
Aufbau eines Compilers
Analysephase (auch "Frontend")
Lexikalische Analyse
Die lexikalische Analyse zerteilt den eingelesenen Quelltext in zusammengehörende Token verschiedener Klassen, z.B. Schlüsselwörter, Bezeichner, Zahlen und Operatoren. Dieser Teil des Compilers heißt Scanner oder Lexer.Syntaktische Analyse
Die syntaktische Analyse überprüft, ob der eingelesene Quellcode formal richtig ist, d.h. der Syntax (Grammatik) der Quellsprache entspricht. Dabei wird die Eingabe in einen Syntaxbaum umgewandelt.
Dieser Teil wird auch als Parser bezeichnet. Semantische Analyse
Die semantische Analyse überprüft die statische Semantik, also "logische Rahmenbedingungen". Zum Beispiel muss eine Variable deklariert worden sein, bevor sie verwendet wird, und Zuweisungen müssen mit kompatibelen (verträglichen) Datentypen erfolgen.Synthesephase (auch "Backend")
Die Synthesephase erzeugt aus dem in der Analysephase erstellten Baum den Programmcode der Zielsprache.Zwischencode Erzeugung
Die Phase erzeugt vorerst einen Objektcode, einen Zwischencode, der schon nah an der Zielmaschinensprache ist.Programmoptimierung
Die Optimierungen finden hier meist auf den zuvor erstellten Objektcode statt. Siehe Programmoptimierung.Codegenerierung
Bei der Codegenerierung wird endgültig aus dem Syntaxbaum der Programmcode in der Zielsprache erzeugt. Falls die Zielsprache die Maschinensprache ist, kann das Ergebnis direkt ein ausführbares Programm sein oder eine so genannte Objektdatei, die durch das Linken mit der Laufzeitbibliothek und evtl. weiteren Objektdateien zu einer Bibliothek oder einem ausführbaren Programm führt.Programmoptimierung
Üblicherweise bietet ein Compiler Optionen für verschiedene Optimierungen mit dem Ziel, die Laufzeit oder den Speicherplatzbedarf des Zielprogramms zu verkleinern.
| Assembler ohne Optimierung | Assembler mit Optimierung | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| t = a |
| a --> Register 1 | ||||
| a = b |
| b --> Register 2 | ||||
| b = t |
|
| ||||
Mit Optimierung benötigt man nur 4 Assemblerbefehle anstatt 6, außerdem wird der Speicherplatz für die Hilfsvariable t nicht gebraucht. D.h. diese Vertauschung wird schneller ausgeführt und benötigt weniger Hauptspeicher.
Die Berechnung des Kreisumfangs mittels
Wenn der Compiler erkennen kann, dass ein Teil des Programmes niemals durchlaufen wird, dann kann er diesen Teil bei der Ãœbersetzung weglassen.
Wird eine Variable nicht benötigt, dann wird sie auch nicht berechnet.
Insbesondere versucht man Schleifen zu optimieren, indem man z.B.:
Zusammenhängender Code - z. B. eine Schleife - sollte zur Laufzeit möglichst auf der gleichen "Seite" (zusammenhängend vom Betriebssystem verwalteter Speicherblock) im Hauptspeicher liegen. Dies kann man evtl. dadurch erreichen, dass man dem Programmcode geeignete Leeranweisungen ("NOPs" - No OPeration) hinzufügt. Dadurch wird der Programmcode zwar größer, aber wegen des reduzierten Pagings wird das Programm schneller ausgeführt.
Da es oft sehr umfangreich ist, einen eigenen Compiler zu programmieren, gibt es Hilfsmittel, die auch frei im Internet zu Verfügung stehen. Einige werden auch oft als Compilercompiler bezeichnet. Beispiele hierfür sind:
(englisch)
Diese Seite ist ein Artikel über Compiler. Seite Versuche, zum von von Beschreibung über bereitzustellen Compiler. Sie konnten Tatsachen über auch finden Compiler. Erklärung von Compiler.Statische Formelauswertung zur Ãœbersetzungszeit
kann ein Compiler bereits zum Ãœbersetzungszeitpunkt zu "u = 6.283 * r" auswerten. Dies spart die Multipliktion "2*pi" zur Laufzeit des erzeugten Programms. Diese Vorgehensweise wird als Konstantenfaltung (engl. "constant folding") bezeichnet. pi = 3.1415
u = 2 * pi * r
Eliminierung toten Programmcodes
Beispiel: ... ...
Wenn in diesem Programm niemals ein GOTO auf das Label 200 erfolgt, dann kann auf die Anweisung "200 k=3" verzichtet werden. 100 goto 900
200 k=3
900 i=7
... ...
Erkennung von nicht benötigten Variablen
Beispiel: subroutine test (a,b)
Hier wird die Variable c nicht benötigt: Sie steht nicht in der Parameterliste, wird in späteren Berechnungen nicht verwendet und wird auch nicht ausgegeben. Deshalb entfällt die Anweisung "c = 3.14 * b". b = 2 * a
c = 3.14 * b
return b
Optimierung von Schleifen
Reduzierung von Paging zur Laufzeit
Bedeutende Compiler
oder auch viele andere, die zusammen mit IDEs (Integrierte Entwicklungsumgebung) ausgeliefert werden (Visual Basic, Delphi etc.)Hilfsmittel / Compilercompiler
Literatur