編譯器中間語言代碼

A. 什麼叫中間語言

中間語言MSIT
在.Net框架中，公共語言基礎結構使用公共語言規范來綁定不同的語言。通過要求不同的語言至少要實現公共類型系統（CTS)包含在公共語言規范中的部分，公共語言基礎結構允許不同的語言使用.Net框架。因此在.Net框架中，所有的語言（C#，VB.Net，Effil.Net等）最後都被轉換為了一種通用語言：微軟中間語言（MSIL）。
MSIL是將.Net代碼轉化為機器語言的一個中間過程。它是一種介於高級語言和基於Intel的匯編語言的偽匯編語言。當用戶編譯一個.Net程序時，編譯器將源代碼翻譯成一組可以有效地轉換為本機代碼且獨立於CPU 的指令。當執行這些指令時，實時（JIT）編譯器將它們轉化為CPU特定的代碼。由於公共語言運行庫支持多種實時編譯器，因此同一段MSIL代碼可以被不同的編譯器實時編譯並運行在不同的結構上。從理論上來說，MSIL將消除多年以來業界中不同語言之間的紛爭。在.Net的世界中可能出現下面的情況：一部分代碼可以用Effil實現，另一部分代碼使用C#或VB完成的，但是最後這些代碼都將被轉換為中間語言。這給程序員提供了極大的靈活性，程序員可以選擇自己熟悉的語言，並且再也不用為學習不斷推出的新語言而煩惱了。
解密微軟中間語言的系列文章將通過一些簡單易懂的方式來揭示中間語言的復雜原理。這些原理通過詳細的例子來闡述。在一些例子中同時給出了源代碼和中間代碼，通過比較源代碼和中間代碼，我們可以更好地理解編譯器的局限性，指導我們編寫出更好更快的代碼。
微軟中間語言概述 1．用中間語言編寫的一個簡單程序
讓我們從經典的Hello World例子開始。首先在一個文本編輯器中輸入以下的代碼，並保存為HelloWorld.il：
.assembly HelloWorldIL {}
.method static void HelloWorld() {
.entrypoint
ldstr "Hello World."
call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(class System.String)
ret
}
在一個中間語言程序中，如果某一行以「.」開始，則代表這是一個傳輸給匯編工具的指令，該指令要求匯編工具執行某些操作，例如生成一個函數或類。而沒有以「.」開始的行是中間語言的代碼。在中間語言中方法通過匯編命令method來定義，匯編命令後跟方法的返回值、名稱和參數。方法體被包含在｛｝中。例子中的ret代表該方法的結束。
一個中間語言文件可以包含很多函數，匯編工具沒有辦法分辨應該首先執行哪一個方法。在諸如C#或VB這一類高級語言中，程序的入口方法通常都有特定的名稱，例如在C#中的public static void Main()。這就是上面的匯編工具發出錯誤提示的原因。在中間語言中，第一個被執行的方法被稱為入口函數（EntryPoint Function）。為了告訴匯編工具HelloWorld是入口函數，我們需要在代碼中增加一條匯編命令entrypoint，該命令可以放在方法體中的任何位置。需要注意的是在一個程序集中只能有一個入口函數。
中間語言代碼通常被編譯成一個模塊，該模塊隸屬於一個程序集。在.Net中模塊和程序集的概念非常重要，因此開發人員需要很清楚地了解它們。在後面的文章中我們將詳細討論.Net程序的結構。通過在代碼中加入assembly命令，可以告訴匯編工具中間代碼隸屬於那個程序集。assembly命令的格式如下：
.assembly <程序集名稱> {}
需要注意在method命令後加入了static關鍵字，這是因為每個入口函數必須是靜態的，例如在C#中我們將Main方法定義為public static void Main()。
接下來我們需要調用WriteLine方法將HelloWorld字元串輸出到屏幕。通過使用call指令（Instruction）我們可以達到這個目的。指令的格式如下：
call <return type> <namespace>.<class name>::<method name>
這里我們可以看到當調用一個方法時，中間語言和其他的編程語言有很大的區別。在中間語言中，如果需要調用一個方法，需要指定方法的全名，包括他的名稱域（namespace）、類名、返回值類型和參數的數據類型。這樣就保證了匯編工具能夠找到正確的方法。
在調用WriteLine方法時需要一個字元串參數。所有傳遞給方法或函數的參數都被保存在內存的堆棧中。在中間語言中有一個指令ldstr可以從堆棧中載入一個字元串。（堆棧是內存中的一塊區域，它被用於將參數傳輸給方法，在後面我們會詳細討論堆棧的問題）。所有的方法都從堆棧中獲取它們的參數，因此ldstr指令是必不可少的。ldstr指令的格式如下所示：
ldstr <parameter string>
我們可以用ILAsm.exe來編譯這個程序。在運行ILAsm.exe之前，首先需要確認一下該程序已經包含在了Windows操作系統的Path環境變數中。ILAsm.exe 可在下面的路徑中找到：
%windir%\Microsoft.NET\Framework\v1.0.xxxx
其中xxxx是正在使用的.NET框架的內部版本號。例如我使用的版本號是3705，則應該如下設置Path環境變數：
Set Path = %Path%;c:\Windows\Microsoft.NET\Framework\v1.0.3705
然後運行cmd.exe（開始->運行->輸入cmd->按下確認鍵）。在彈出的命令窗口中輸入：
J:\Testcode>ilasm HelloWorld.il
匯編代碼後運行程序就可以看到Hello World.的輸出。
通過上面的例子，我們了解了中間語言的程序結構，一些命令和指令。同時需要提醒大家的是中間語言是區分大小寫的。
2．改進的HelloWorld例子
在.Net中的所有語言都是面向對象的語言，但是上面的HelloWorld例子是一個結構化的例子。下面讓我們來看一下如何將它轉化為面向對象的代碼。在面向對象的編程中，我們將操作定義在類中。為了將上面的HelloWorld例子轉化為面向對象的代碼，可以使用class命令：
.class HelloWorld { }
class命令後緊跟的是類的名稱。類的名稱在中間語言中是可選的。同時我們還需要為該指令添加一些屬性，例如存取控制類在內存中的布局和互用性等。這樣代碼就變成了：
.assembly HelloWorldIL {}
.class public auto ansi HelloWorld extends [mscorlib]System.Object {
.method public hidebysig static void HelloWorld() cil managed {
.entrypoint
ldstr "Hello World."
call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(class System.String)
ret
}
.method public hidebysig specialname rtspecialname instance void .ctor() cil managed {
ldarg.0
call instance void [mscorlib]System.Object::.ctor()
ret
}
}
在代碼中用到了三個屬性：
· public：public是訪問控制屬性，它表明了對於訪問該類的成員沒有限制。
· auto：auto屬性表明了當類被載入到內存中時，在內存中的布局是由公共運行庫而不是程序決定的。
· ansi：指定ansi屬性是為了在沒有被管理和被管理的代碼之間實現無縫的轉化。在.Net中，那些不可直接應用在公共語言基礎設施之上的代碼被稱為沒有被管理的代碼，例如C、C++和VB6的代碼。我們需要一個屬性來處理被管理的代碼和沒有被管理的代碼之間的互用性。在被管理的代碼中，字元串用雙位元組的Unicode字元表示，而在被管理的代碼中，字元串有可能用單位元組的ANSI字元表示。指定了ansi屬性就可以在不同的代碼間轉化字元串了。
我們知道在.Net框架中，所有的類都直接或間接地繼承了System.Object類。在代碼中我們明確指定了HelloWorld繼承了System.Object。
在HelloWorld方法中加入了public、hidebysig、cil managed屬性，下面是對這些屬性的解釋：
· public：在C#或VB.Net中，當我們定義一個方法時，需要指定方法的訪問修飾符。訪問修飾符可以是public、protected、internal或private 。
· hidebysig：一個類可以繼承其他的類，hidebysig屬性保證當前類中的方法在作為父類時不會被子類繼承。例如如果HelloWorldChild類繼承了HelloWorld類，在HelloWorldChild中不會看到HelloWorld方法。
· cil managed：該屬性將在後面討論。
在高級語言中（C#，VB.Net等），每個類必須有構造函數，而且構造函數的第一行需要調用基類的構造函數。如果類中沒有構造函數，基類的構造函數將被自動調用。通常這是由編譯器自動完成的，現在我們要在的代碼中加入構造函數，該構造函數通過.ctor命令調用基類的構造函數。
小結
本文我們從經典的Hello World例子開始，通過實例了解了微軟中間語言的基本語法規則以及中間語言與其他開發語言的關系。在下一篇文章中，我們將在此基礎上，運用實常式序講述.net應用程序的格式和結構等內容。

B. 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）。

C. C#程序不是一次編譯後執行了，而是編譯成中間代碼，在。net環境由JIA編譯器邊編輯邊執行是什麼意思

是這樣子的。不管是C#還是VB.NET還是VS平台上的其他語言。你寫好以後進行編譯，都會生成同樣的另一種語言MSIL（微軟中間語言）。然後再編譯執行。
明白不？
也就是說把你寫的代碼生成另一種代碼。這樣子不管你用的vb.net啦還是C#啦，還是C++.NET啦都會先生成同樣的東西。再去執行。這就是.NET平台的特性啦

D. 編譯程序分為哪幾個主要部分

1、詞法分析

詞法分析的任務是對由字元組成的單詞進行處理，從左至右逐個字元地對源程序進行掃描，產生一個個的單詞符號，把作為字元串的源程序改造成為單詞符號串的中間程序。執行詞法分析的程序稱為詞法分析程序或掃描器。

2、語法分析

編譯程序的語法分析器以單詞符號作為輸入，分析單詞符號串是否形成符合語法規則的語法單位，如表達式、賦值、循環等，最後看是否構成一個符合要求的程序，按該語言使用的語法規則分析檢查每條語句是否有正確的邏輯結構，程序是最終的一個語法單位。

3、中間代碼生成

中間代碼是源程序的一種內部表示，或稱中間語言。中間代碼的作用是可使編譯程序的結構在邏輯上更為簡單明確，特別是可使目標代碼的優化比較容易實現。中間代碼即為中間語言程序，中間語言的復雜性介於源程序語言和機器語言之間。

4、代碼優化

代碼優化是指對程序進行多種等價變換，使得從變換後的程序出發，能生成更有效的目標代碼。所謂等價，是指不改變程序的運行結果。所謂有效，主要指目標代碼運行時間較短，以及佔用的存儲空間較小。這種變換稱為優化。

5、目標代碼生成

目標代碼生成是編譯的最後一個階段。目標代碼生成器把語法分析後或優化後的中間代碼變換成目標代碼。

(4)編譯器中間語言代碼擴展閱讀：

特點

數據結構分析和綜合時所用的主要數據結構，包括符號表、常數表和中間語言程序。符號表由源程序中所用的標識符連同它們的屬性組成。

其中屬性包括種類（如變數、數組、結構、函數、過程等）、類型（如整型、實型、字元串、復型、標號等），以及目標程序所需的其他信息。常數表由源程序中用的常數組成，其中包括常數的機內表示，以及分配給它們的目標程序地址。

分析部分源程序的分析是經過詞法分析、語法分析和語義分析三個步驟實現的。詞法分析由詞法分析程序（又稱為掃描程序）完成。

其任務是識別單詞（即標識符、常數、保留字，以及各種運算符、標點符號等）、造符號表和常數表，以及將源程序換碼為編譯程序易於分析和加工的內部形式。

E. 編譯器的代碼分析

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。
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。常見的優化和變形有：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-threadedcode）。
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。

F. 設計一個中間代碼編譯器

int main()
{

string s;

cout<<"輸入程序，以「#」作為結束標志。"<<endl;

cin >> s;
translate(s);
ofstream coutf;
coutf.open("詞法.txt");
if(!coutf)
{ cout<<"Can not open input file:詞法.txt !"<<endl;
return 0;
}

int num;

turn=0;
num=buffer()-1; //單詞個數-1
int x=0;//計識別的單詞的個數

for(turn=1;turn<=num;turn++)//總循環,ch存放剛讀入的字元，strtoken[]存放已識別的標志付或保留字，turn是數組str[]的下標
{
ch=GetChar(turn);
ch=GetBC(ch);

if(IsLetter(ch))
{
while(IsLetter(ch)&&turn<=num||IsDigit(ch)&&turn<=num)
{
Concat();
ch=GetChar(++turn);
}

strToken[n]='\0';
ch=NULL;//此ch不是標志符中的符號
turn=turn-1;

kind=Reserve();
record[x]=new Word; record[x]->sort=kind;

coutf<<"(";
for(int i=0;i<n;i++)
{
record[x]->word[i]=strToken[i];
coutf<<record[x]->word[i];//輸出識別的標志符或保留字
}
coutf<<","<<kind<<")"<<endl;
record[x]->word[i]='\0';
clear();
x++;

}

else if(IsDigit(ch))
{
while(IsDigit(ch)&&turn<=num)
{
Concat();
ch=GetChar(++turn);
}

ch=NULL;
turn=turn-1;

kind=7;//如果是數字，則kind=7

record[x]=new Word;

record[x]->sort=kind;//將kind的值保存到sort

coutf<<"(";

for(int i=0;i<n;i++)
{

record[x]->word[i]=strToken[i];
coutf<<record[x]->word[i];
}
coutf<<","<<kind<<")"<<endl;
record[x]->word[i]='\0';
clear();x++;

}

else if(ch=='=')
{
kind=8;

record[x]=new Word;
record[x]->word[0]='=';
record[x++]->sort=kind;
coutf<<"(:=,"<<kind<<")"<<endl;

}

else
coutf<<"error input!"<<endl;
}

//////////////////////*語法分析*////////////////

int ana[MAX];//存放詞法分析得到的單詞序列的編號的序列
int m;
for(m=0;m<x;m++)
{
ana[m]=record[m]->sort;//將sort作為數組保存起來

}

int j=0;
ofstream coutp;
coutp.open("語法.txt");
if(!coutf)
{ cout<<"Can not open input file:語法.txt !"<<endl;
return 0;
}

G. 編譯程序是不是一定要產生中間代碼

是的，中間代碼的意義就是微軟推出.NET平台的意義
NET是Microsoft面向XMLWeb服務的平台，這種下一代的軟體將使用一種統一、個性化的方式將我們的信息、設備和人員緊密聯系在一起。

H. 編譯器是什麼

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）。
編譯是從源代碼（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語言）的翻譯過程。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EXE,
所以我們電腦上的文件都是經過編譯後的文件。

I. 編譯程序中間代碼的生成對編譯器的前端和後端有什麼作用

編譯器粗略分為詞法分析，語法分析，類型檢查，中間代碼生成，代碼優化，目標代碼生成，目標代碼優化。把中間代碼生成及之前階段劃分問編譯器的前端，那麼後端與前端是獨立的。後端只需要一種中間代碼表示，可以是三地址代碼或四元式等，而這些都與前端生成的方式無關。也就是不論你前端是用fortran還是c/c++,只要生成了中間代碼表示就可以了，後端是不管你是用哪種語言生成的。

J. c程序經過編譯後獲得的中間代碼文件還需要經過

開發一個C語言程序需要經過的四個步驟：編輯、編譯、連接、運行。
C語言程序可以使用在任意架構的處理器上，只要那種架構的處理器具有對應的C語言編譯器和庫，然後將C源代碼編譯、連接成目標二進制文件之後即可運行。
1、預處理：輸入源程序並保存(.C文件)。
2、編譯：將源程序翻譯為目標文件(.OBJ文件)。
3、鏈接：將目標文件生成可執行文件( .EXE文件)。
4、運行：執行.EXE文件,得到運行結果。