1.2 編譯器的結構

編譯器的任務是將源代碼翻譯為目標機器上的目標代碼。圖1.2中展示的三段式編譯器架構把編譯過程分為前端、中端與后端：前端與目標機器無關，其對源代碼進行一系列的分析和檢查，在保證源代碼詞法、語法、語義正確性的前提下，將源代碼翻譯為中間代碼；中端進行一系列的靜態檢查與代碼優化，檢測并報告程序內部可能存在的缺陷，去除冗余代碼；后端將中間代碼翻譯為目標代碼，分配寄存器，進行代碼的匯編與鏈接。設計一門新的程序設計語言時，開發者只需要開發針對語言的前端，復用已有的編譯器后端，就能將語言源代碼翻譯為目標機器的機器指令，大大增強了編譯器模塊的可復用性。同時，語言設計者不需要掌握后端開發的相關技術，降低了語言設計的難度。

圖1.2 三段式編譯器架構

編譯的每個階段中包含了不同的步驟，編譯器完成步驟時將代碼從一種表示形式轉換成另一種表示形式，如圖1.3所示。通常，編譯器前端包含三個步驟：詞法分析、語法分析和語義分析。詞法分析器將源代碼拆成詞素，分析每個詞素是否滿足詞法規則，并把詞素組合為詞法單元流；語法分析器讀入詞法單元流，基于語言的語法規則推導并構建語法分析樹；語義分析器分析程序是否滿足語義規則（如變量的類型等）并在語法分析樹上添加注釋。編譯器中端將詞法、語法、語義正確的，代表程序的注釋語法樹翻譯為中間代碼，部分編譯器基于中間代碼設計優化管道，進行針對中間代碼的優化。編譯器后端接受中間代碼，將其翻譯為目標機器相關的目標代碼，并進行針對目標代碼的相關優化。

圖1.3 編譯器各模塊及中間產物

本書使用一種類C語言（C--語言）來說明編譯器如何完成編譯過程。