現代編譯器的架構風格

1. 什麼是編譯器

簡單講，編譯器就是將「一種語言（通常為高級語言）」翻譯為「另一種語言（通常為低級語言）」的程序。一個現代編譯器的主要工作流程：源代碼 → 預處理器 → 編譯器 → 目標代碼 → 鏈接器→ 可執行程序。

2. x86與ARM架構下的編譯器的區別

ARM是簡單指令集。。。 指令集長度短

3. 編譯器是什麼意思

簡單講，編譯器就是將「一種語言（通常為高級語言）」翻譯為「另一種語言（通常為低級語言）」的程序。一個現代編譯器的主要工作流程：源代碼 (source code) → 預處理器 (preprocessor) → 編譯器 (compiler) → 目標代碼 (object code) → 鏈接器 (Linker) → 可執行程序 (executables)
高級計算機語言便於人編寫，閱讀交流，維護。機器語言是計算機能直接解讀、運行的。編譯器將匯編或高級計算機語言源程序（Source program）作為輸入，翻譯成目標語言（Target language）機器代碼的等價程序。源代碼一般為高級語言 (High-level language)， 如Pascal、C、C++、Java、漢語編程等或匯編語言，而目標則是機器語言的目標代碼（Object code），有時也稱作機器代碼（Machine code）。
對於C#、VB等高級語言而言，此時編譯器完成的功能是把源碼（SourceCode）編譯成通用中間語言（MSIL/CIL）的位元組碼（ByteCode）。最後運行的時候通過通用語言運行庫的轉換，編程最終可以被CPU直接計算的機器碼（NativeCode）。

4. 編譯軟體屬於________。

系統軟體

編譯器就是將「一種語言（通常為高級語言）」翻譯為「另一種語言（通常為低級語言）」的程序。一個現代編譯器的主要工作流程：源代碼 (source code) →預處理器(preprocessor) → 編譯器 (compiler) →目標代碼(object code) →鏈接器(Linker) → 可執行程序(executables)

(4)現代編譯器的架構風格擴展閱讀：

典型的編譯器輸出是由包含入口點的名字和地址， 以及外部調用（到不在這個目標文件中的函數調用）的機器代碼所組成的目標文件。一組目標文件，不必是同一編譯器產生，但使用的編譯器必需採用同樣的輸出格式，可以鏈接在一起並生成可以由用戶直接執行的EXE,所以我們電腦上的文件都是經過編譯後的文件。

5. 編譯器的發展史

編譯器
編譯器，是將便於人編寫，閱讀，維護的高級計算機語言翻譯為計算機能識別，運行的低級機器語言的程序。編譯器將源程序（Source program）作為輸入，翻譯產生使用目標語言（Target language）的等價程序。源程序一般為高級語言（High-level language），如Pascal，C++等，而目標語言則是匯編語言或目標機器的目標代碼（Object code），有時也稱作機器代碼（Machine code）。

一個現代編譯器的主要工作流程如下：

源程序（source code）→預處理器（preprocessor）→編譯器（compiler）→匯編程序（assembler）→目標程序（object code）→連接器（鏈接器，Linker）→可執行程序（executables）
目錄 [隱藏]
1 工作原理
2 編譯器種類
3 預處理器（preprocessor）
4 編譯器前端（frontend）
5 編譯器後端（backend）
6 編譯語言與解釋語言對比
7 歷史
8 參見

工作原理
翻譯是從源代碼（通常為高級語言）到能直接被計算機或虛擬機執行的目標代碼（通常為低級語言或機器言）。然而，也存在從低級語言到高級語言的編譯器，這類編譯器中用來從由高級語言生成的低級語言代碼重新生成高級語言代碼的又被叫做反編譯器。也有從一種高級語言生成另一種高級語言的編譯器，或者生成一種需要進一步處理的的中間代碼的編譯器（又叫級聯）。

典型的編譯器輸出是由包含入口點的名字和地址以及外部調用（到不在這個目標文件中的函數調用）的機器代碼所組成的目標文件。一組目標文件，不必是同一編譯器產生，但使用的編譯器必需採用同樣的輸出格式，可以鏈接在一起並生成可以由用戶直接執行的可執行程序。

編譯器種類
編譯器可以生成用來在與編譯器本身所在的計算機和操作系統（平台）相同的環境下運行的目標代碼，這種編譯器又叫做「本地」編譯器。另外，編譯器也可以生成用來在其它平台上運行的目標代碼，這種編譯器又叫做交叉編譯器。交叉編譯器在生成新的硬體平台時非常有用。「源碼到源碼編譯器」是指用一種高級語言作為輸入，輸出也是高級語言的編譯器。例如: 自動並行化編譯器經常採用一種高級語言作為輸入，轉換其中的代碼，並用並行代碼注釋對它進行注釋（如OpenMP）或者用語言構造進行注釋（如FORTRAN的DOALL指令）。

預處理器（preprocessor）
作用是通過代入預定義等程序段將源程序補充完整。

編譯器前端（frontend）
前端主要負責解析（parse）輸入的源程序，由詞法分析器和語法分析器協同工作。詞法分析器負責把源程序中的『單詞』（Token）找出來,語法分析器把這些分散的單詞按預先定義好的語法組裝成有意義的表達式，語句 ，函數等等。 例如「a = b + c;」前端詞法分析器看到的是「a, =, b , +, c;」，語法分析器按定義的語法，先把他們組裝成表達式「b + c」，再組裝成「a = b + c」的語句。 前端還負責語義（semantic checking）的檢查，例如檢測參與運算的變數是否是同一類型的，簡單的錯誤處理。最終的結果常常是一個抽象的語法樹（abstract syntax tree，或 AST），這樣後端可以在此基礎上進一步優化，處理。

編譯器後端（backend）
編譯器後端主要負責分析，優化中間代碼（Intermediate representation）以及生成機器代碼（Code Generation）。

一般說來所有的編譯器分析，優化，變型都可以分成兩大類： 函數內（intraproceral）還是函數之間（interproceral）進行。很明顯，函數間的分析，優化更准確，但需要更長的時間來完成。

編譯器分析（compiler analysis）的對象是前端生成並傳遞過來的中間代碼，現代的優化型編譯器（optimizing compiler）常常用好幾種層次的中間代碼來表示程序，高層的中間代碼（high level IR）接近輸入的源程序的格式，與輸入語言相關（language dependent），包含更多的全局性的信息，和源程序的結構；中層的中間代碼（middle level IR）與輸入語言無關，低層的中間代碼(Low level IR)與機器語言類似。 不同的分析，優化發生在最適合的那一層中間代碼上。

常見的編譯分析有函數調用樹（call tree），控制流程圖（Control flow graph），以及在此基礎上的 變數定義－使用，使用－定義鏈（define-use/use-define or u-d/d-u chain），變數別名分析（alias analysis），指針分析（pointer analysis），數據依賴分析（data dependence analysis）等等。

上述的程序分析結果是編譯器優化（compiler optimization）和程序變形（compiler transformation）的前提條件。常見的優化和變新有：函數內嵌（inlining），無用代碼刪除（Dead code elimination），標准化循環結構（loop normalization），循環體展開（loop unrolling），循環體合並，分裂（loop fusion，loop fission），數組填充（array padding），等等。 優化和變形的目的是減少代碼的長度，提高內存（memory），緩存（cache）的使用率，減少讀寫磁碟，訪問網路數據的頻率。更高級的優化甚至可以把序列化的代碼（serial code）變成並行運算，多線程的代碼（parallelized，multi-threaded code）。

機器代碼的生成是優化變型後的中間代碼轉換成機器指令的過程。現代編譯器主要採用生成匯編代碼（assembly code）的策略，而不直接生成二進制的目標代碼（binary object code）。即使在代碼生成階段，高級編譯器仍然要做很多分析，優化，變形的工作。例如如何分配寄存器（register allocatioin），如何選擇合適的機器指令（instruction selection），如何合並幾句代碼成一句等等。

編譯語言與解釋語言對比
許多人將高級程序語言分為兩類: 編譯型語言 和 解釋型語言 。然而，實際上，這些語言中的大多數既可用編譯型實現也可用解釋型實現，分類實際上反映的是那種語言常見的實現方式。（但是，某些解釋型語言，很難用編譯型實現。比如那些允許 在線代碼更改 的解釋型語言。）

歷史
上世紀50年代，IBM的John Backus帶領一個研究小組對FORTRAN語言及其編譯器進行開發。但由於當時人們對編譯理論了解不多，開發工作變得既復雜又艱苦。與此同時，Noam Chomsky開始了他對自然語言結構的研究。他的發現最終使得編譯器的結構異常簡單，甚至還帶有了一些自動化。Chomsky的研究導致了根據語言文法的難易程度以及識別它們所需要的演算法來對語言分類。正如現在所稱的Chomsky架構（Chomsky Hierarchy），它包括了文法的四個層次：0型文法、1型文法、2型文法和3型文法，且其中的每一個都是其前者的特殊情況。2型文法（或上下文無關文法）被證明是程序設計語言中最有用的，而且今天它已代表著程序設計語言結構的標准方式。分析問題（parsing problem，用於上下文無關文法識別的有效演算法）的研究是在60年代和70年代，它相當完善的解決了這個問題。現在它已是編譯原理中的一個標准部分。

有限狀態自動機（Finite Automaton）和正則表達式（Regular Expression）同上下文無關文法緊密相關，它們與Chomsky的3型文法相對應。對它們的研究與Chomsky的研究幾乎同時開始，並且引出了表示程序設計語言的單詞的符號方式。

人們接著又深化了生成有效目標代碼的方法，這就是最初的編譯器，它們被一直使用至今。人們通常將其稱為優化技術（Optimization Technique），但因其從未真正地得到過被優化了的目標代碼而僅僅改進了它的有效性，因此實際上應稱作代碼改進技術（Code Improvement Technique）。

當分析問題變得好懂起來時，人們就在開發程序上花費了很大的功夫來研究這一部分的編譯器自動構造。這些程序最初被稱為編譯器的編譯器（Compiler-compiler），但更確切地應稱為分析程序生成器（Parser Generator），這是因為它們僅僅能夠自動處理編譯的一部分。這些程序中最著名的是Yacc（Yet Another Compiler-compiler），它是由Steve Johnson在1975年為Unix系統編寫的。類似的，有限狀態自動機的研究也發展了一種稱為掃描程序生成器（Scanner Generator）的工具，Lex（與Yacc同時，由Mike Lesk為Unix系統開發）是這其中的佼佼者。

在70年代後期和80年代早期，大量的項目都貫注於編譯器其它部分的生成自動化，這其中就包括了代碼生成。這些嘗試並未取得多少成功，這大概是因為操作太復雜而人們又對其不甚了解。

編譯器設計最近的發展包括：首先，編譯器包括了更加復雜演算法的應用程序它用於推斷或簡化程序中的信息；這又與更為復雜的程序設計語言的發展結合在一起。其中典型的有用於函數語言編譯的Hindley-Milner類型檢查的統一演算法。其次，編譯器已越來越成為基於窗口的交互開發環境（Interactive Development Environment，IDE）的一部分，它包括了編輯器、連接程序、調試程序以及項目管理程序。這樣的IDE標准並沒有多少，但是對標準的窗口環境進行開發已成為方向。另一方面，盡管近年來在編譯原理領域進行了大量的研究，但是基本的編譯器設計原理在近20年中都沒有多大的改變，它現在正迅速地成為計算機科學課程中的中心環節。

在九十年代，作為GNU項目或其它開放源代碼項目的一部分，許多免費編譯器和編譯器開發工具被開發出來。這些工具可用來編譯所有的計算機程序語言。它們中的一些項目被認為是高質量的，而且對現代編譯理論感性趣的人可以很容易的得到它們的免費源代碼。

大約在1999年，SGI公布了他們的一個工業化的並行化優化編譯器Pro64的源代碼，後被全世界多個編譯器研究小組用來做研究平台，並命名為Open64。Open64的設計結構好，分析優化全面，是編譯器高級研究的理想平台。

編譯器是一種特殊的程序，它可以把以特定編程語言寫成的程序變為機器可以運行的機器碼。我們把一個程序寫好，這時我們利用的環境是文本編輯器。這時我程序把程序稱為源程序。在此以後程序員可以運行相應的編譯器，通過指定需要編譯的文件的名稱就可以把相應的源文件（通過一個復雜的過程）轉化為機器碼了。

編譯器工作方法
首先編譯器進行語法分析，也就是要把那些字元串分離出來。然後進行語義分析，就是把各個由語法分析分析出的語法單元的意義搞清楚。最後生成的是目標文件，我們也稱為obj文件。再經過鏈接器的鏈接就可以生成最後的可執行代碼了。有些時候我們需要把多個文件產生的目標文件進行鏈接，產生最後的代碼。我們把一過程稱為交叉鏈接。

6. 現代C/C++編譯器有多智能

最近在搞C/C++代碼的性能優化，發現很多時候自以為的優化其實編譯器早就優化過了，得結合反匯編才能看出到底要做什麼樣的優化。
請熟悉編譯器的同學結合操作系統和硬體談一談現代c/c++編譯器到底有多智能吧。哪些書本上的優化方法其實早就過時了？
以及程序員做什麼會讓編譯器能更好的自動優化代碼？
舉個栗子：
1，循環展開，大部分編譯器設置flag後會自動展開；
2，順序SIMD優化，大部分編譯器設置flag後也會自動優化成SIMD指令；
3，減少中間變數，大部分編譯器會自動優化掉中間變數；
etc.
查看代碼對應的匯編：
Compiler Explorer
【以下解答】
舉個之前看過的例子：
int calc_hash(signed char *s){ static const int N = 100003; int ret = 1; while (*s) { ret = ret * 131 + *s; ++ s; } ret %= N; if (ret < 0) ret += N; //注意這句 return ret;}
【以下解答】
舉個簡單例子，一到一百求和
#include int sum() { int ret= 0; int i; for(i = 1; i <= 100; i++) ret+=i; return ret;}int main() { printf("%d\n", sum()); return 0;}
【以下解答】
話題太大，碼字花時間…
先放傳送門好了。
請看Google的C++編譯器組老大Chandler Carruth的演講。這個演講是從編譯器研發工程師的角度出發，以Clang/LLVM編譯C++為例，向一般C++程序員介紹理解編譯器優化的思維模型。它講解了C++編譯器會做的一些常見優化，而不會深入到LLVM具體是如何實現這些優化的，所以即使不懂編譯原理的C++程序員看這個演講也不會有壓力。
Understanding Compiler Optimization - Chandler Carruth - Opening Keynote Meeting C++ 2015
演示稿：https://meetingcpp.com/tl_files/mcpp/2015/talks/meetingcxx_2015-understanding_compiler_optimization_themed_.pdf
錄像：https://www.youtube.com/watch?v=FnGCDLhaxKU（打不開請自備工具…）
Agner Fog寫的優化手冊也永遠是值得參考的文檔。其中的C++優化手冊：
Optimizing software in C++ - An optimization guide for Windows, Linux and Mac platforms - Agner Fog
要稍微深入一點的話，GCC和LLVM的文檔其實都對各自的內部實現有不錯的介紹。
GCC：GNU Compiler Collection (GCC) Internals
LLVM：LLVM』s Analysis and Transform Passes
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反模式（anti-patterns）
1. 為了「優化」而減少源碼中局部變數的個數
這可能是最沒用的手工「優化」了。特別是遇到在高級語言中「不用臨時變數來交換兩個變數」這種場景的時候。
看另一個問題有感：有什麼像a=a+b;b=a-b;a=a-b;這樣的演算法或者知識？ - 編程
2. 為了「優化」而把應該傳值的參數改為傳引用
（待續…）
【以下解答】
推薦讀一讀這里的幾個文檔：
Software optimization resources. C++ and assembly. Windows, Linux, BSD, Mac OS X
其中第一篇：http://www.agner.org/optimize/optimizing_cpp.pdf
講解了C++不同領域的優化思路和問題，還有編譯器做了哪些優化，以及如何代碼配合編譯器優化。還有優化多線程、使用向量指令等的介紹，推薦看看。
感覺比較符合你的部分需求。
【以下解答】
一份比較老的slides：
http://www.fefe.de/source-code-optimization.pdf
【以下解答】
利用C++11的range-based for loop語法可以實現類似python里的range生成器，也就是實現一個range對象，使得
for(auto i : range(start, stop, step))
【以下解答】
我覺得都不用現代。。。。寄存器分配和指令調度最智能了
【以下解答】
每次編譯poco庫的時候我都覺得很為難GCC
【以下解答】
有些智能並不能保證代碼變換前後語義是等價的
【以下解答】
誒誒，我錯了各位，GCC是可以藉助 SSE 的 xmm 寄存器進行優化的，經 @RednaxelaFX 才知道應該添加 -march=native 選項。我以前不了解 -march 選項，去研究下再來補充為什麼加和不加區別這么大。
十分抱歉黑錯了。。。以後再找別的點來黑。
誤導大家了，實在抱歉。(??ˇ?ˇ??)
/*********以下是並不正確的原答案*********/
我是來黑 GCC的。
最近在搞編譯器相關的活，編譯OpenSSL的時候有一段這樣的代碼：
BN_ULONG a0,a1,a2,a3; // EmmetZC 註：BN_ULONG 其實就是 unsigned longa0=B[0]; a1=B[1]; a2=B[2]; a3=B[3];A[0]=a0; A[1]=a1; A[2]=a2; A[3]=a3;
【以下解答】
提示:找不到對象
【以下解答】
忍不住抖個機靈。
私以為正常寫代碼情況下編譯器就能優化，才叫智能編譯器。要程序員絞盡腦汁去考慮怎麼寫代碼能讓編譯器更好優化，甚至降低了可讀性，那就沒有起到透明屏蔽的作用。
智能編譯器應該是程序猿要較勁腦汁才能讓編譯器不優化。
理論上是這樣的。折疊我吧。
【以下解答】
編譯器智能到每次我都覺得自己很智障。
【以下解答】
雖然題主內容里是想問編譯器代碼性能優化方面的內容，但題目里既然說到編譯器的的智能，我就偏一下方向來說吧。
有什麼更能展示編譯器的強大和智能？
自然是c++的模版元編程
template meta programming
簡單解釋的話就是寫代碼的代碼，寫的還是c++，但能讓編譯器在編譯期間生成正常的c++代碼。
沒接觸過的話，是不是聽上去感覺就是宏替換的加強版？感覺不到它的強大呢？
只是簡單用的話，效果上這樣理解也沒什麼
但是一旦深入下去，尤其翻看大神寫的東西，這明明看著就是c++的代碼，但TM怎麼完全看不懂他在干什麼？後來才知道這其實完全是另外一個世界，可是明明是另外一個世界的東西但它又可以用來做很多正常c++能做的事....
什麼？你說它好像不能做這個，不能做那個，好像做不了太多東西，錯了，大錯特錯。就像你和高手考試都考了100分的故事一樣，雖然分數一樣，但你是努力努力再努力才得了滿分，而高手只是因為卷面分只有100分.....在元編程面前，只有想不到，沒有做不到。
再回頭看看其他答案，編譯器順手幫你求個和，丟棄下無用代碼，就已經被驚呼強大了，那模板元編程這種幾乎能在編譯期直接幫你「生成」包含復雜邏輯的c++代碼，甚至還能間接「執行」一些復雜邏輯，這樣的編譯器是不是算怪獸級的強大？
一個編譯器同時支持編譯語法相似但結果不同卻又關聯的兩種依賴語言，這個編譯器有多強大多智能？
寫的人思維都要轉換幾次，編譯器轉著圈嵌著套翻著番兒地編譯代碼的代碼也肯定是無比蛋疼的，你說它有多強大多智能？
一個代碼創造另外一個代碼，自己能按照相似的規則生成自己，是不是聽上去已經有人工智慧的發展趨勢了？
上帝說，要有光，於是有了光。
老子曰，一生二，二生三，三生萬物。
信c++，得永生！
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FBI WARNING：模板元編程雖然很強大，但也有不少缺點，尤其對於大型項目，為了你以及身邊同事的身心健康，請務必適度且謹慎的使用。勿亂入坑，回頭是岸。
【以下解答】
c++11的auto自動類型推斷算么....
【以下解答】
智能到開不同級別的優化，程序行為會不同 2333
【以下解答】
這個取決於你的水平

7. C語言的各類編譯系統的特點

你是不是問的各類編譯器？？如果是編譯器的話請往下看，不是的話請忽略，工中號一匹大懶蟲

C語言編譯器目前主要有VC++、dev-C++、C-Free、win-TC、TC 2.0等等。

其中比較經典的VC++，微軟的產品，編譯器，鏈接器，運行，調試等功能於一體的強大開發工具，特點是功能十分強大，對於新手來說需要一段時間去摸索。

dev-C++是windows下一款開發c/c++的開發環境，使用gcc為編譯器，遵循標准，功能比較強大，語法高量，可以進行單步調試（這對排除錯誤很重要),進行斷點設置等功能，遵循C標准，是一款很強大的開發工具。

C-Free是一款支持多種編譯器的專業化C/C++集成開發環境（IDE）。利用C-Free，使用者可以輕松地編輯、編譯、連接、運行、調試C/C++程序。

TC 2.0:Borland公司的產品，在dos界面下編譯運行，小巧、靈活，但是不能使用滑鼠。

win-TC:在tc2.0的基礎上加上了界面，能夠使用滑鼠，具有語法高量，可以嵌入匯編等特點，對新手一些，拜託了不能用滑鼠的困難。

編譯器，簡單講，就是將「一種語言（通常為高級語言）」翻譯為「另一種語言（通常為低級語言）」的程序。一個現代編譯器的主要工作流程：源代碼 (source code) 預處理器 (preprocessor) 編譯器 (compiler) 目標代碼 (object code) 鏈接器(Linker) 可執行程序 (executables)。

8. 編譯器有什麼用

簡單講，編譯器就是將「一種語言（通常為高級語言）」翻譯為「另一種語言（通常為低級語言）」的程序。一個現代編譯器的主要工作流程：源代碼 (source code) → 預處理器 (preprocessor) → 編譯器 (compiler) → 目標代碼 (object code) → 鏈接器(Linker) → 可執行程序 (executables)
高級計算機語言便於人編寫，閱讀交流，維護。機器語言是計算機能直接解讀、運行的。編譯器將匯編或高級計算機語言源程序（Source program）作為輸入，翻譯成目標語言（Target language）機器代碼的等價程序。源代碼一般為高級語言 (High-level language)， 如Pascal、C、C++、Java、漢語編程等或匯編語言，而目標則是機器語言的目標代碼（Object code），有時也稱作機器代碼（Machine code）。
對於C#、VB等高級語言而言，此時編譯器完成的功能是把源碼（SourceCode）編譯成通用中間語言（MSIL/CIL）的位元組碼（ByteCode）。最後運行的時候通過通用語言運行庫的轉換，編程最終可以被CPU直接計算的機器碼（NativeCode）。