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三阶段编译器结构

1980
程序员正在软件开发办公室中构建三阶段编译器结构。.

(图片仅供参考)

现代编译器通常由三个阶段构成:前端、中端和后端。前端解析源代码,检查其正确性,并构建中间表示 (IR)。中端对 IR 进行优化。然后,后端将优化后的 IR 转换为特定 CPU 架构的目标机器码。

这种模块化的三阶段设计提供了至关重要的关注点分离。前端依赖于语言,但独立于机器;它理解特定语言(例如 C++ 或 Rust)的语法和语义。其输出,即中间表示 (IR),是一种抽象的、与机器无关的数据结构,类似于抽象语法树 (AST) 或三地址码。这将源语言与目标机器解耦。

中端在很大程度上独立于语言和机器。它接收 IR 并应用一系列优化过程,例如死代码消除、常量折叠和循环优化。由于它操作的是通用 IR,因此这些复杂的优化只需编写一次,即可应用于任何可编译为该 IR 的语言。

最后,后端依赖于机器,但独立于语言。它采用优化的 IR,执行指令选择、寄存器分配和指令调度,从而为特定目标架构(例如 x86-64 或 ARM)生成高效的机器码。这种结构使得我们能够通过编写 M 个前端和 N 个后端(而不是 M*N 个单独的编译器)来构建支持 M 种语言和 N 种目标平台的编译器。GCC 和 LLVM 等现代编译器基础设施就体现了这一原则。

UNESCO Nomenclature: 1203
- 计算机科学

类型

抽象系统

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 早期的单片编译器设计
  • 软件工程中的抽象概念
  • 早期系统中中间语言的开发
  • 便携式软件研究(例如,p-code 系统)

应用程序

  • 可重定向编译器(例如 GCC、llvm)
  • 不同硬件平台的交叉编译
  • 与语言无关的优化框架
  • 只需创建新的前端即可开发新的编程语言
  • 对中间表示进行操作的静态分析工具

专利:

NA

潜在创新理念

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相关领域:编译器设计、前端、中间端、后端、中间表示、IR、优化、代码生成、模块化、GCC、LLVM。

历史背景

三阶段编译器结构

1975-06-01
1980
1980
1980
1986-01-01
1990
1990
1973
1980
1980
1980
1982-07-01
1988-06-01
1990
1993

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

相关发明、创新和技术原理

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