Definition vom Compiler
Compiler (Kompilierer, wörtlich aus dem Englischen „Zusammentrager“) ist ein Übersetzungsprogramm, das den Quellcode eines in einer höheren Programmiersprache geschriebenen Programms in Maschinen- oder Assemblercode übersetzt. Auf diese Weise können ausführbare Dateien erstellt werden, die auf einer bestimmten Computerarchitektur ausgeführt werden können, ohne dass der Quellcode interpretiert werden muss.
Der Quellcode wird in der Regel in einer für Menschen lesbaren höheren Programmiersprache geschrieben, wie zum Beispiel Java oder C++. Der Code wird von einem Compiler, der die Quellsprache beherrscht, eingelesen, analysiert und in eine für das Zielprogramm geeignete Form gebracht.
Ein Beispiel für einen Compiler ist GCC (GNU Compiler Collection), eine Sammlung von Compilern für verschiedene Programmiersprachen wie zum Beispiel C, C++, Objective-C und Fortran. Er ist weitverbreitet und wird in vielen Projekten von Betriebssystemen bis Anwendungssoftware eingesetzt.
Wozu braucht man Compiler?
Kompilierer sind wichtige Werkzeuge in der Softwareentwicklung, die viele wichtige Aufgaben erfüllen:
- Umwandlung von Quellcode in Maschinencode, der für die Ausführung auf einer bestimmten Rechnerarchitektur besser geeignet und verständlicher ist.
- Verbesserung der Effizienz der Anwendung durch Optimierung, einschließlich der Entfernung unnötiger Anweisungen, Verbesserung der Speicherverwaltung und andere Maßnahmen zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Anwendung.
- Schaffung einer Abstraktion von der physischen Hardwareplattform, so dass der Code leicht auf einer Vielzahl von Architekturen ausgeführt werden kann.
- Darstellung von Softwarekonzepten in einer abstrakteren und verständlicheren Form, so dass der Code besser lesbar und leichter zu handhaben ist.
- Erkennen und Korrigieren von Fehlern im Code, bevor dieser ausgeführt wird, wodurch die Zuverlässigkeit der Anwendung erhöht wird.
- Bereitstellung eines breiten Funktionsspektrums, einschließlich Bibliotheksunterstützung, Integration mit anderen Entwicklungswerkzeugen und Debugging-Informationen.
Das Verständnis der Rolle und der Funktionen des Compilers ermöglicht es den Entwicklern, seine Fähigkeiten effektiv zu nutzen, um die gewünschten Programmierergebnisse zu erzielen.
Wie funktioniert ein Compiler?
Der Kompiliervorgang gliedert sich in eine Reihe von aufeinander folgenden Phasen, von denen jede eine bestimmte Funktion erfüllt:
– Lexikalische Analyse: In dieser Phase wird der Quellcode in Grundelemente, so genannte Tokens, zerlegt. Diese Tokens stellen die minimalen semantischen Einheiten des Codes dar.
– Syntaktische Analyse: Anschließend wird die Reihenfolge der Token überprüft und ein abstrakter Syntaxbaum (AST) erstellt, der die Elemente des Programms in einer logischen Hierarchie strukturiert.
– Semantische Analyse: In dieser Phase wird die Semantik des Codes überprüft, einschließlich der Datentypen, des Umfangs der Variablen und der korrekten Verwendung von Operationen und Funktionen.
– Optimierung: Der Compiler verbessert den Code, indem er unnötige Operationen entfernt, Konstanten und Inline-Funktionen optimiert und andere Umwandlungen vornimmt, um Effizienz und Leistung zu steigern.
– Codegenerierung: In dieser Phase wandelt der Compiler den optimierten Code in ausführbaren Code um, der auf der Zielarchitektur ausgeführt werden kann.
– Verknüpfen: Der Linker fügt die verschiedenen Teile der Anwendung und die Bibliotheken zu einer einzigen ausführbaren Datei zusammen.
– Laden: Am Ende des Prozesses wird die ausführbare Datei in den Speicher des Computers geladen und die Kontrolle an das Betriebssystem übergeben, das sie ausführt.
Jede dieser Phasen umfasst komplexe Prozesse und verwendet unterschiedliche Techniken, um die Qualität und Leistung des generierten Codes zu verbessern. Das Verständnis dieser Phasen hilft Entwicklern, besser zu verstehen, wie ihr Code von der Hochsprache in Maschinencode umgewandelt wird und welche Optimierungen angewendet werden können, um die Leistung und Zuverlässigkeit der Anwendung zu verbessern.
