COMP1917的目標(biāo)是讓學(xué)生熟練使用高級語言進行編程。涵蓋的主題包括：基本編程概念、程序測試和調(diào)試、數(shù)據(jù)的基本內(nèi)存表示法、編程風(fēng)格。通過實驗室編程練習(xí)和作業(yè)，學(xué)生將獲得有關(guān)這些主題的實際經(jīng)驗。

一、如何構(gòu)建新的編程語言

從很高的角度來看，創(chuàng)建一種新的編程語言主要涉及三個步驟。

定義語法。

為源代碼創(chuàng)建前端編譯器。

構(gòu)建后端代碼生成器。

因此，你需要從一支筆和一張紙開始，定義你的語言的語法。如果你不知道什么是正式語法，那就把它想象成人類語言的語法(閱讀我的相關(guān)文章)。

例如，在人類語言中，你可以說 "一個句子由冠詞、名詞和動詞組成"。然后，語言的自然模糊性(主要由口語部分和人類的天性決定)將這一規(guī)則拋諸腦后。

在正式語言中，如果語法規(guī)定 "賦值由變量名、等號(=)和數(shù)字構(gòu)成"，那么這將是程序源代碼中實例化變量的唯一方法，否則代碼將無法編譯(如果是解釋型語言，則會出現(xiàn)錯誤)。

簡而言之，形式語法定義了程序源代碼在這種語言中必須是什么樣子。它涉及到程序員在使用你的語言編寫程序時必須遵守的語法規(guī)則。

前端編譯器(Front-End Compiler)是一種軟件，它能接收源代碼并生成一些看起來很奇怪的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。本文稍后將對此進行詳細介紹。

最后，"后端代碼生成器 "是另一款軟件，它將前端生成的代碼轉(zhuǎn)換成可實際運行的代碼。

等等，這......可以運行?可以運行?這就是把初始源代碼轉(zhuǎn)換成新的源代碼(可以運行)?

是的，不過是機器能理解的代碼，通常稱為目標(biāo)機器碼。嚴格來說，這意味著你應(yīng)該提供匯編代碼，將其交給匯編器，匯編器將與鏈接器/加載器一起工作，然后他們會將機器代碼返回給你。

然而，許多精明的人過去已經(jīng)做了這樣的努力。因此，新的編程語言往往只是被翻譯成現(xiàn)有的編程語言，而現(xiàn)有的編譯器已經(jīng)存在。

例如，在架構(gòu)新語言時，您可能會決定您的編譯器不生成機器代碼，而是生成 C 代碼，然后將其交給 C 編譯器。這是一種標(biāo)準(zhǔn)的方法，它不會讓您從編寫編譯器的過程中擺脫任何有趣的部分：您仍然需要構(gòu)建一個編譯器。

二、創(chuàng)建編程語言編譯器的步驟

為一種復(fù)雜的編程語言編寫一個嚴肅的編譯器是一項艱巨的任務(wù)。這需要一支技術(shù)精湛的龐大團隊。

例如，F(xiàn)ORTRAN 1 編譯器的開發(fā)就花費了大約 3 年時間。FORTRAN 語言是為科學(xué)計算而設(shè)計的，它改變了這一領(lǐng)域的游戲規(guī)則，至今仍被廣泛使用。他們做得很好，幾乎改變了計算的歷史。

盡管復(fù)雜得嚇人，但編譯器只有 5 個主要部分：

1.詞法分析。識別語言關(guān)鍵字、運算符、常量和語法定義的每個標(biāo)記。

2.解析。對標(biāo)記流進行 "理解"，即把每對標(biāo)記之間的關(guān)系編碼成樹狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這種樹狀結(jié)構(gòu)旨在描述每行源代碼中操作的含義。

3.語義分析。可能是所有步驟中最晦澀難懂的一個。主要涉及理解類型和檢查源代碼 "含義"(而不僅僅是語法)中的不一致性。艱難。

4.優(yōu)化。無論編譯前的源代碼有多好，都有可能在進行低級編碼(直到機器碼)時實現(xiàn)一些優(yōu)化。比如內(nèi)存優(yōu)化，甚至功耗優(yōu)化。當(dāng)然，還有運行時優(yōu)化。

5.代碼生成。原始代碼的優(yōu)化版本最終被翻譯成可執(zhí)行代碼。

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