Support de cours Compilation

Enseignant : Abdelkader Abdelkarim Abdelkader.abdelkadrim@aposte.net

Année universitaire : 2009 – 2010

Faculté des Sciences de Gafsa

Mastère Professionnel

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Chapitre 1 : Introduction à la compilation

Compilation : Étude des techniques permettant de traduire un programme source en un programme objet

Programme source : écrit dans un langage de programmation Programme objet : dépend de la machine

Définit ions :

Pré-requis :

Algorithmes et structures de données (Piles, arbres, graphes,… ), Théorie des langages (Notion de grammaires et langages, Classification

(Chomsky), Les langages réguliers et les automates, Les langages algébriques (contexte libre) et les automates à pile)

Structure des machines (Représentation et codage de l’information , Techniques d’adressage, Exécution d’une instruction, Les langages d’assemblage et les assembleurs)

Programmation procédurale, programmation objet, quelques langages de programmation (C, Java)

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Chapitre 1 : Introduction à la compilation

Historique : Dans les années 40, il n’y avait que de la programmation en code machine Dans les années 50, les langages assembleur ralentissaient l’exécution. Difficiles à utiliser dans la pratique Le premier compilateur FORTRAN Heureusement, depuis on a fait beaucoup de progrès

Langages de bas niveaux :

Difficile d’écrire des programmes Code souvent verbeux (long, fastidieux, etc.) Risque d’erreurs élevé

Langages de haut niveaux : Rendre la programmation plus facile Faciles à apprendre et a utiliser Modularité Portabilité Lisibilité Maintenance plus facile Nombreux outils de développement associés

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Chapitre 1 : Introduction à la compilation

Classification par paradigme :

Impératif : Séquence d’instructions à exécuter pour obtenir le résultat Cobol (1959), Basic (1965), Pascal (1970), C (1978), etc. Fonctionnel : Langages basés sur la récursivité (application de fonctions) : LISP (1960), Scheme, CAML, etc. Logique : Résolution d’un problème à l’aide d’un moteur d’inférence PROLOG (1970) Objet : C++, Samll Talk, Eiffel, Java, etc.

Classification par portée :

Langages généralistes : Permet de décrire tout type de programme réalisant un calcul : C, Java, C++, Pascal, LISP, etc.•Inconvénient : décrire le « comment faire » Langages spécialisés (ou dédiés) : Ne permet de décrire qu’une famille de programmes pour un domaine particulier exemples : TeX, sh, make

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Chapitre 1 : Introduction à la compilation

Compilateur :

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Chapitre 1 : Introduction à la compilation

Compilateur / Interprète

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Chapitre 1 : Introduction à la compilation

Un compilateur est un programme qui lit un programme écrit dans un premier langage –le langage source- et le traduit en un programme équivalent écrit dans un autre langage –le lange cibe- . Au cours de ce processus, un rôle important du compilateur est de signaler à son utilisateur la présence d’erreurs dans le programme source.

Premier compilateur : compilateur Fortran de J. Backus (1957)

Langage source : langage de haut niveau (C, C++, Java, Pascal, Fortran...)

Langage cible : langage de bas niveau (assembleur, langage machine)

compilateurprogrammesource

messagesd'erreur

programmecible

Définition d’un compilateur :

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Chapitre 1 : Introduction à la compilation

Qualités d'un compilateur

Correction : le programme cible est équivalent au programme source

Rapidité (temps de compilation proportionnel à la taille du programme)

Production de code de bonne qualité : les programmes produits doivent être efficaces en temps et en espace

Bons diagnostiques d'erreur

Possibilité d'utiliser un debugger sur le code produit

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Chapitre 1 : Introduction à la compilation

Structure d'un compilateur

Phases d'analyse du texte source

• analyse lexicale

• analyse syntaxique

• analyse sémantique

Phases de synthèse (génération du programme cible)

• génération du code intermédiaire

• optimisation du code intermédiaire

• génération du code cible

Table des symboles (ident. utilisés et leurs attributs)

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Chapitre 1 : Introduction à la compilation

Structure d'un compilateur

dépendant du langage source indépendant du code cible

indépendant du langage source dépendant du code cible

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Chapitre 1 : Introduction à la compilation

programme cible

Gestion de latable des symboles

programme source

Analyseur lexical

Gestion des erreurs

Analyseur syntaxique

Analyseur sémantique

Générateur de code intermédiaire

« Optimiseur" de code

Générateur de code cible

Les phases d’un compilateur :

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Chapitre 1 : Introduction à la compilation

Analyse lexicale

Analyse du programme source en constituants minimaux, les lexèmesOn passe de position = initial + vitesse * 60

à[id, 1] [=] [id, 2] [+] [id, 3] [*] [60]

Les identificateurs rencontrés sont placés dans la table des symbolesLes blancs et les commentaires sont éliminés

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Chapitre 1 : Introduction à la compilation

Analyse syntaxique

On reconstruit la structure syntaxique de la suite de lexèmes fournie par l'analyseur lexical

instructiond'affectation

expression

expression expression

expression

identificateurposition

identificateurinitial

identificateurvitesse

nombre60

expression

=

+

*

Arbre de dérivation

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Chapitre 1 : Introduction à la compilation

Analyse sémantique

vérifie que cela a un sens : position = initial + vitesse * 60– les opérandes sont-ils de même type?•60 est un entier et vitesse est un réel•60 devra être converti en réel– les opérateurs sont de quel type?•* et + seront des opérations sur réels– pas est-il une variable modifiable?

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Chapitre 1 : Introduction à la compilation

Génération de code intermédiaire

Représentations ut i l iséestemp1 := inttoreal(60)

temp2 := id3 * temp1

temp3 := id2 + temp2

id1 := temp3

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Chapitre 1 : Introduction à la compilation

"Optimisation" de code

Elimination des opérations inutiles pour produire du code plus efficace.

temp1 := inttoreal(60)

temp2 := id3 * temp1

temp3 := id2 + temp2

id1 := temp3

temp1 := id3 * 60.0

id1 := id2 + temp1

La constante est traduite en réel flottant à la compilation, et non à l'exécutionLa variable temp3 est éliminée

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Chapitre 1 : Introduction à la compilation

Génération de code cible• La dernière phase produit du code en langage d'assemblage Un point important est l'utilisation des registrestemp1 := id3 * 60.0 MOVF id3, R2

id1 := id2 + temp1 MULF #60.0, R2

MOVF id2,R1

ADDF R2, R1

MOVF R1, id1

F = flottant. La première instruction transfère le contenu de id3 dans le registre R2 La seconde multiplie le contenu du registre R2 par la constante 60.0• L’assemblage consiste à traduire ce code en code binaire• Les langages d’assemblage ou assembleurs sont des versions un peu plus lisibles du code

machine avec des noms symboliques pour les opérations et pour les opérandesMOV a, R1

ADD 2, R1

MOV R1, b• Chaque processeur a son langage d'assemblage

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Chapitre 1 : Introduction à la compilationposition = initial + vitesse*60

analyseur lexical

id1 := id2 + id3*60

analyseur syntaxique

Table des symboles

1 position ...2 initial ...3 vitesse ...45...

=

id1 +

*id2

id3 60

analyseur sémantique

id1 +

*id2

id3 inttoreal

60 générateur de code intermédiaire

temp1 := inttoreal(60)

temp2 := id3 * temp1

temp3 := id2 + temp2

id1 := temp3

temp1 := id3 * 60.0

id1 := id2 + temp1

optimiseur de code

générateur de code cible

MOVF id3, R2

MULF #60.0, R2

MOVF id2,R1

ADDF R2, R1

MOVF R1, id1

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Chapitre 1 : Introduction à la compilation

Outils logiciels :

Outils d’aide à la construction de compilateurs

Générateurs d’analyseurs lexicauxEngendrent un analyseur lexical (scanner, lexer) sous forme d’automate fini à partir d’une

spécification sous forme d’expressions régulièresFlex, Lex

Générateurs d’analyseurs syntaxiquesEngendrent un analyseur syntaxique (parser) à partir d’une grammaireBison, Yacc

Générateurs de traducteursEngendrent un traducteur à partir d’un schéma de traduction (grammaire + règles sémantiques)Bison, Yacc