Понятие прохода. Многопроходные и однопроходные компиляторы

Представленное на рис. 1 деление процесса компиляции на фазы на практике может не соблюдаться столь строго. Во-первых, в фазе лексического анализа лексемы выделяются из текста входной программы постольку, поскольку они необходимы для фазы синтаксического разбора. Во-вторых, синтаксический разбор и генерация кода могут выполняться одновременно. Таким образом, эти три фазы компиляции могут работать комбинированно, а вместе с ними может выполняться и подготовка к генерации кода. В реальных компиляторах состав этих фаз может несколько отличаться: некоторые из них могут быть разбиты на составляющие, другие, напротив, объединены в одну фазу. Порядок выполнения фаз компиляции также может меняться в разных вариантах компиляторов. В одном случае компилятор просматривает текст исходной программы, сразу выполняет все фазы компиляции и получает результат - объектный код. В другом варианте он выполняет над исходным текстом только некоторые из фаз компиляции и получает не конечный результат, а набор некоторых промежуточных данных. Эти данные затем снова подвергаются обработке, причем этот процесс может повторяться несколько раз. Реальные компиляторы, как правило, выполняют трансляцию текста исходной программы за несколько проходов.

Проход - это процесс последовательного чтения компилятором данных из внешней памяти, их обработки и помещения результата работы во внешнюю память. Чаще всего один проход включает в себя выполнение одной или нескольких фаз компиляции. Результатом промежуточных проходов является внутреннее представление исходной программы, результатом последнего прохода - объектная программа.

В качестве внешней памяти могут выступать любые носители информации - оперативная память компьютера, накопители на магнитных дисках, магнитных лентах и т. п. Современные компиляторы, как правило, стремятся максимально использовать для хранения данных оперативную память компьютера, и только при недостатке объема доступной оперативной памяти используются накопители на жестких магнитных дисках. Другие носители информации в современных компиляторах не используются из-за невысокой скорости обмена данными.

При выполнении каждого прохода компилятору доступна информация, полученная в результате всех предыдущих проходов. Как правило, он стремится использовать в первую очередь только информацию, полученную на проходе, непосредственно предшествовавшем текущему, но в принципе может обращаться и к данным от более ранних проходов вплоть до исходного текста программы. Информация, получаемая компилятором при выполнении проходов, недоступна пользователю. Она либо хранится в оперативной памяти, которая освобождается компилятором после завершения процесса трансляции, либо оформляется в виде временных файлов на диске, которые также уничтожаются после завершения работы компилятора. Поэтому человек, работающий с компилятором, может даже не знать, сколько проходов выполняет компилятор, - он всегда видит только текст исходной программы и результирующую объектную программу.

Количество выполняемых проходов - это важная техническая характеристика компилятора, солидные фирмы-разработчики компиляторов обычно указывают ее в описании своего продукта. Понятно, что разработчики стремятся максимально сократить количество проходов, выполняемых компиляторами. При этом увеличивается скорость работы компилятора, сокращается объем необходимой ему памяти. Однопроходный компилятор, получающий на вход исходную программу и сразу же порождающий результирующую объектную программу, - это идеальный вариант. Однако сократить число проходов не всегда удается. Количество необходимых проходов определяется, прежде всего, грамматикой и семантическими правилами исходного языка. Чем сложнее грамматика языка и чем больше вариантов предполагают семантические правила - тем больше проходов будет выполнять компилятор. Например, именно поэтому обычно компиляторы с языка Pascal работают быстрее, чем компиляторы с языка C - грамматика Pascal более проста, а семантические правила более жесткие.

Однопроходные компиляторы - редкость, они возможны только для очень простых языков. Реальные компиляторы выполняют, как правило, от двух до пяти проходов. Таким образом, реальные компиляторы являются многопроходными. Наиболее распространены двух- и трехпроходные компиляторы, например: первый проход - лексический анализ, второй - синтаксический разбор и семантический анализ, третий - генерация и оптимизация кода. В современных системах программирования нередко первый проход компилятора (лексический анализ кода) выполняется параллельно с редактированием кода исходной программы.