Compiladores

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Conceito

Compiladores são programas que traduzem uma linguagem-fonte escrita em uma linguagem de programação para uma linguagem-alvo de baixo nível, como linguagem de montagem ou código de máquina.

Princípio de funcionamento

O compilador primeiramente faz a análise do código fonte, depois faz a geração do código intermediário. Optimiza-o e então gera o código final. A análise é dividida em três partes: léxica, sintática e semântica.

Análise Léxica

Na primeira fase do compilador, o analisador léxico, também denominado scanner, lê o código fonte, caracter a caracter, buscando a separação e identificação dos elementos componentes do programa fonte, chamados símbolos léxicos ou tokens. O que não é necessário para o programa é removido nessa fase, tais como espaços em branco e comentários.

Análise Sintática

O analisador sintático recebe do scanner o código-fonte em forma de tokens e determina a estrutura do programa. Os resultados da análise sintática são geralmente representados como uma árvore sintática.

Análise Semântica

As análises léxica e sintática não estão preocupadas com o significado ou semântica dos programas que elas processam. O papel do analisador semântico é prover métodos pelos quais as estruturas construídas pelo analisador sintático possam ser avaliadas ou executadas. As gramáticas livres de contexto não são suficientemente poderosas para descrever uma série de construções das linguagens de programação, como por exemplo regras de escopo, regras de visibilidade e consistência de tipos. É papel do analisador semântico assegurar que todas as regras sensíveis ao contexto da linguagem estejam analisadas e verificadas quanto à sua validade. Um exemplo de tarefa própria do analisador semântico é a checagem de tipos de variáveis em expressões. Um dos mecanismos comumente utilizados por implementadores de compiladores é a Gramática de Atributos, que consiste em uma gramática livre de contexto acrescentada de um conjunto finito de atributos e um conjunto finito de predicados sobre estes atributos.

Geração de código intermediário

Na fase de geração de código intermediário, ocorre a transformação da árvore sintática em uma representação intermediária do código fonte. Esta linguagem intermediária é mais próxima da linguagem objeto do que o código fonte, mas ainda permite uma manipulação mais fácil do que se código assembly ou código de máquina fosse utilizado. Um tipo popular de linguagem intermediária é conhecido como código de três endereços. Neste tipo de código uma sentença típica tem a forma X := A op B, onde X, A e B são operandos e op uma operação qualquer. Uma forma prática de representar sentenças de três endereços é através do uso de quádruplas (operador, argumento 1, argumento 2 e, resultado). Este esquema de representação de código intermediário é preferido por diversos compiladores, principalmente aqueles que executam extensivas otimizações de código, uma vez que o código intermediário pode ser rearranjado de uma maneira conveniente com facilidade.Outras representações de código intermediário comumente usadas são as triplas, (similares as quádruplas exceto pelo fato de que os resultados não são nomeados explicitamente) as árvores, os grafos acíclicos dirigidos(DAG) e a notação polonesa.

Optimização de código

A Otimização de código é a estratégia de examinar o código intermediário, produzido durante a fase de geração de código com objetivo de produzir, através de algumas técnicas, um código que execute com bastante eficiência. O nome optimizador deve sempre ser encarado com cuidado, pois não se pode criar um programa que leia um programa P e gere um programa P´ equivalente sendo melhor possível segundo o critério adotado. Várias técnicas e várias tarefas se reúnem sob o nome de Optimização. Estas técnicas consistem em detectar padrões dentro do código produzido e substituí-los por códigos mais eficientes. Entre as técnicas usadas estão a substituição de expressões que podem ser avaliadas durante o tempo de compilação pelos seus valores calculados, eliminação de subexpressões redundantes, desmembramento de laços, substituição de operações (multiplicação por shifts), entre outras. Uma das técnicas de optimização mais eficazes e independente de máquina é a otimização de laços, pois laços internos são bons candidatos para melhorias. Por exemplo, em caso de computações fixas dentro de laços, é possível mover estas computações para fora dos mesmos reduzindo processamento.

Geração de código final

A fase de geração de código final é a última fase da compilação. A geração de um bom código objeto é difícil devido aos detalhes particulares das máquinas para os quais o código é gerado. Contudo, é uma fase importante, pois uma boa geração de código pode ser, por exemplo, duas vezes mais rápida que um algoritmo de geração de código ineficiente. Nem todas as técnicas de optimização são independentes da arquitetura da máquina-alvo. Optimizações dependentes da máquina necessitam de informações tais como os limites e os recursos especiais da máquina-alvo a fim de produzir um código mais compacto e eficiente. O código produzido pelo compilador deve se aproveitar dos recursos especiais de cada máquina-alvo. Segundo Aho, o código objeto pode ser uma sequência de instruções absolutas de máquina, uma sequência de instruções de máquina relocáveis, um programa em linguagem assembly ou um programa em outra linguagem.

Exemplos de compiladores

• Para C e C++
  • Dev-C++
  • GCC
  • C++ Builder
  • Visual C++

• Para Java (todos são Ambientes de Desenvolvimento Integrado (IDE))
  • Eclipse
  • JBuilder
  • JEdit
  • JDeveloper
  • NetBeans

• Para Python (todos são IDEs)
  • Idle
  • Eclipse
  • Wing
  • Komodo

• Para PHP:
  • Roadsend
  • Phalanger

Referências bibliográficas

• Louden, Kenneth C. Compiladores: princípios e práticas / Kenneth C. Louden ; [ tradução Flávio Soares Corrêa da Silva]. -- São Paulo : Pioneira Thomson Learning, 2004. Título original: Compiler construction : principles and practice.

<ISBN: 85-221-0422-0>

• Pulcinelli, Márcio. Princípios de um compilador.

<https://www.tiespecialistas.com.br/2014/02/principios-de-um-compilador/>. Acesso em 06/06/2017. 

• Ricarte, Ivan. Compiladores.

<http://www.dca.fee.unicamp.br/cursos/EA876/apostila/HTML/node37.html>. Acesso em 06/06/2017. 

• PythonBrasil. Ides Python.

<https://wiki.python.org.br/IdesPython>. Acesso em 06/06/2017. 

• ROADSEND. Roadsend PHP.

<http://www.roadsend.com/>. Acesso em 06/06/2017. 

• Phalanger. Phalanger - The PHP Language Compiler for the .NET Framework.

<https://phalanger.codeplex.com/>. Acesso em 06/06/2017.

• Wikipedia. Compilador.

<https://pt.wikipedia.org/wiki/Compilador#Refer.C3.AAncias>. Acesso em 06/06/2017. 

• Wikipedia. Linguagem Compilada.

<https://pt.wikipedia.org/wiki/Linguagem_compilada>. Acesso em 06/06/2017. 

• Xavier, Denys. Lista de compiladores de C e C++.

<http://www.tiexpert.net/programacao/algoritmo/lista-compiladores-c.php>. Acesso em 06/06/2017. 

• Xavier, Denys. Lista de compiladores de Java.

<http://www.tiexpert.net/programacao/algoritmo/lista-compiladores-java.php>. Acesso em 06/06/2017.