DAY17 (1114707), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

В эту же схему также часто добавляется этап оптимизации программы, причем оптимизация может происходить до этапа трансляции (т.е. в терминах исходного языка) или/и после трансляции (в терминах машинного кода). Например, до трансляции можно вычислить все константные подвыражения и т.д. Для машин типа PC этап оптимизации может быть не столь важен, потому что этот вопрос обычно разрешается покупкой какого-нибудь более быстрого компонента, но есть класс машин (mainframe), для которых этот этап необходим.

Поговорим теперь о средствах трансляции, о видах трансляторов и об общей схеме обработки программы.

Средства трансляции

Как известно транслятор - программа, которая переводит текст, написанный на одном формальном языке, в текст, написанный на другом формальном языке. Транслятор может быть компилятором: в этом случае выходной текст есть текст в формате машинного кода. Кроме того, компилятор может транслировать текст в ассемблер какой-либо машины. В результате работы другого типа транслятора - транслятора-интерпретатора не образуется объектный код в формате машинного языка (или близкого к машинному языку). Интерпретатор либо совмещает процесс перевода и выполнения программы, т. е., грубо говоря, step by step выполняет каждую строчку и при этом машинный код не генерируется, а происходит обращение к некоторой стандартной библиотеке (пример - MS Basic) , либо формирует программу на некотором другом языке, которая впоследствии может быть проинтерпретирована (классический пример - язык Fort).

Интересный пример интерпретатора, созданный Microsoft - Visual Java++. Когда Вы просите скомпилировать вашу программу Visual J++ не создает привычный Вам исполняемый модуль для компьютера с процессором 80x86. Вместо этого компилятор Visual J++ формирует так называемый Java byte code - набор инструкций, написанных для некоторой виртуальной машины Java, которой в действительности не существует. Для выполнения программы Вам необходимо иметь интерпретатор байтового кода, другими словами, Вы используете эмуляцию виртуальной машины Java (JVM - Java virtual machine), на каком компьютере и с какой операционной системой Вы не работали. Виртуальная машина Java убивает сразу трех зайцев: машинная (и системная) независимость, безопасность ( JVM производит контроль за ходом выполнения программы) и уменьшение размера Java-приложения (что позволяет активно использовать Java-разработки в Internet).

Термин «резидентные средства компиляции» используется, если инструментальная среда совпадает с объектной средой (т. е. с той средой, для которой формируются объектные файлы). Вы в своей программисткой практике наверняка достаточно широко пользовались этим средством, делая программы на Pascal для MS Dos, работая в MS Dos и создавая C приложения для UNIX, работая в UNIX. Но кроме этого существуют т. н. кросс-системы, т. е. системы программирования, в которых инструментальная вычислительная не совпадает с объектной. Например, работая в MS Dos в Borland Pascal Вы имеете возможность создавать Windows-16-приложения, работающие в Windows3.1/3.11. (Правда, заметим, что Windows 3.xx не есть ОС в строгом смысле). Можно вспомнить еще более яркий пример. В 80-е годы на IBM PC совместимых машинах нашими соотечественниками создавались программы, которые должны были впоследствии работать на бытовых компьютерах БК0010-01. В этом случае не совпадали не только операционные системы, но и архитектуры инструментальной и объектной машин. Более естественной ситуацией, когда возникает необходимость работы с cross-инструментами, является, например, необходимость создания программы, для систем управления самолетом. В этом случае вообще неуместно говорить о каких-то параллелях между инструментальной и объектной средами постольку, поскольку система управления самолетом - обладает своей сугубо узкой спецификой.

Этап трансляции

Давайте посмотрим на проблему кодирования с другой стороны. Мы посмотрим, как устроена трансляция.

Каждый транслятор при обработке программы выполняет следующие действия.

1. Лексический анализ.

2. Синтаксический анализ.

3. Семантический анализ и генерация кода.

Лексический анализ

Лексический анализатор производит анализ исходного текста на предмет правильности записи лексических единиц входного языка. Затем он переводит программу из нотации исходного текста в нотацию лексем.

Лексические единицы - это минимальные конструкции, которые могут быть продекларированы языком. К лексическим единицам относятся:

• идентификаторы

• ключевые слова

• код операции

• разделители

• константы

Вещественные константы в некоторых трансляторах могут представляться в виде группы лексических единиц, каждая из которых является целочисленной константой.

После этого исходная программа переводится в вид лексем. Лексема - это некоторая конструкция, содержащая два значения - тип лексемы и номер лексемы.

Тип лексемы - это код, который говорит о том, что данная лексема принадлежит одной из обозначенных нами групп, к примеру, лексема может быть ключевым словом, тогда в поле типа будет стоять соответствующий номер. Номер лексемы уточняет конкретное значение этой лексемы. Если, к примеру, было ключевое слово begin, то номер лексемы будет содержать число, соответствующее ключевому слову begin. Если тип лексемы - идентификатор, то номер лексемы будет номером идентификатора в таблице имен, которую создаст лексический анализатор. Если тип лексемы - константа, то номер лексемы тоже будет ссылкой на таблицу с константами.

После лексического анализатора мы получаем компактную программу, в которой нет уже ничего лишнего (пробелов, комментариев, и т.д.). Вся программа составлена в виде таких лексем, и поэтому она более компактна и проста.

Синтаксический анализ

Программа в виде лексем поступает на вход синтаксическому анализатору, который осуществляет проверку программы на предмет правильности с точки зрения синтаксических правил. Результатом работы синтаксического анализатора является либо информация о том, что в программе имеются синтаксические ошибки и указание координат этих ошибок и их диагностика, либо представление программы в некотором промежуточном виде. Этим промежуточным видом может быть, предположим, бесскобочная запись, либо запись в виде деревьев (хотя одно однозначно сводится к другому). Это промежуточное представление, которое является синтаксически и лексически правильной программой, поступает на вход семантическому анализатору.

Семантический анализ

Семантика - это все то, что не описывается синтаксисом и лексикой языка. К примеру, лексикой и синтаксисом языка сложно описать то, что нехорошо передавать управление в тело цикла не через начало цикла. Выявление таких ошибок - одна из функций семантического анализа, при этом семантический анализатор ставит в соответствие синтаксически и семантически правильным конструкциям объектный код, т.е. происходит генерация кода.

Система программирования и трансляции - очень наукоемкая область программного обеспечения. Организация трансляторов - это было первое применение теоретических достижений науки, которые заключались в следующем. За счет возможности использования тех или иных грамматик (наборов формальных правил построения лексических конструкций и синтаксических правил), можно разделить программную реализацию лексических и синтаксических анализаторов на два компонента. Первый компонент - это программа, которая в общем случае ничего не знает о том языке, который она будет анализировать. Второй компонент - это набор данных, представляющий из себя формальное описание свойств языка, который мы анализируем. Совмещение этих двух компонентов, позволяет автоматизировать процесс построения лексических и синтаксических анализаторов, а также генераторов кода, для различных языков программирования. Современные системы программирования в своем составе имеют средства автоматизации построения компиляторов. Для ОС UNIX есть пакет LEX - пакет генерации лексических анализаторов, и есть пакет YACC - для генерации синтаксических анализаторов. Это все достигается за счет возможности формализации свойств языка и использования этого формального описания, как параметров для тех или иных инструментальных средств.

Проходы трансляторов

Мы с вами посмотрели на транслятор с точки зрения функциональных этапов. Но очень часто мы слышим об однопроходных трансляторах, двухпроходных, трехпроходных, и т.д. С проблемой трансляции связано понятие "проход". Проход - это полный просмотр некоторого представления исходного текста программы.

Есть трансляторы однопроходные. Это означает, что транслятор просматривает исходный текст от начала и до конца, и к концу просмотра (в случае правильности программы) он получает объектный модуль.

Если мы посмотрим Си-компилятор, с которым вы работаете, то скорее всего он двухпроходный. Первый проход - это работа препроцессора. После первого прохода появляется чистая Си-программа без всяких препроцессорных команд. На втором проходе происходит лексический, синтаксический и семантический анализ, и в итоге вы получаете объектную программу в виде ассемблера.

Количество проходов в некоторых трансляторах связано с количеством этапов, т. е. бывают реализации, для которых удобно сделать отдельный проход для лексического анализа, отдельный проход для синтаксического анализа и отдельный проход для семантического анализа. Если транслятор многопроходный, то возникает проблема сохранения промежуточной нотации программы между проходами.

Этапы тестирования и отладки

Тестирование - это поиск ситуации, в которой программный продукт не работает. При этом используются наборы тестов, определяющих внешнюю нагрузку на программный продукт. Можно сказать, что программа оттестирована на определенном наборе тестов. Утверждение, что программа оттестирована вообще в общем случае некорректно.

Отладка - это процесс поиска, локализации и исправления ошибки. Отладка осуществляется, когда мы имеем программную систему, и знаем, что она не работает на каком-то из тестов.

Проблемы тестирования и отладки - это есть проблемы крайней важности. По оценкам, на тестирование и отладку затрачивается порядка 30% времени разработки проекта. Сложность тестирования и отладки зависит от качества проектирования и кодирования. Тестирования зачастую выполнить сложно и часто для тестирования используются модельные нагрузки, например, мы тестируем бортовую сеть самолета, что-то мы сможем сделать на земле, а что-то так или иначе делается уже на реальном полете, когда собираются данные и фиксируется: работает система или нет.

Характеристики

Список файлов лекций