编译器中间语言代码

A. 什么叫中间语言

中间语言MSIT
在.Net框架中，公共语言基础结构使用公共语言规范来绑定不同的语言。通过要求不同的语言至少要实现公共类型系统（CTS)包含在公共语言规范中的部分，公共语言基础结构允许不同的语言使用.Net框架。因此在.Net框架中，所有的语言（C#，VB.Net，Effil.Net等）最后都被转换为了一种通用语言：微软中间语言（MSIL）。
MSIL是将.Net代码转化为机器语言的一个中间过程。它是一种介于高级语言和基于Intel的汇编语言的伪汇编语言。当用户编译一个.Net程序时，编译器将源代码翻译成一组可以有效地转换为本机代码且独立于CPU 的指令。当执行这些指令时，实时（JIT）编译器将它们转化为CPU特定的代码。由于公共语言运行库支持多种实时编译器，因此同一段MSIL代码可以被不同的编译器实时编译并运行在不同的结构上。从理论上来说，MSIL将消除多年以来业界中不同语言之间的纷争。在.Net的世界中可能出现下面的情况：一部分代码可以用Effil实现，另一部分代码使用C#或VB完成的，但是最后这些代码都将被转换为中间语言。这给程序员提供了极大的灵活性，程序员可以选择自己熟悉的语言，并且再也不用为学习不断推出的新语言而烦恼了。
解密微软中间语言的系列文章将通过一些简单易懂的方式来揭示中间语言的复杂原理。这些原理通过详细的例子来阐述。在一些例子中同时给出了源代码和中间代码，通过比较源代码和中间代码，我们可以更好地理解编译器的局限性，指导我们编写出更好更快的代码。
微软中间语言概述 1．用中间语言编写的一个简单程序
让我们从经典的Hello World例子开始。首先在一个文本编辑器中输入以下的代码，并保存为HelloWorld.il：
.assembly HelloWorldIL {}
.method static void HelloWorld() {
.entrypoint
ldstr "Hello World."
call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(class System.String)
ret
}
在一个中间语言程序中，如果某一行以“.”开始，则代表这是一个传输给汇编工具的指令，该指令要求汇编工具执行某些操作，例如生成一个函数或类。而没有以“.”开始的行是中间语言的代码。在中间语言中方法通过汇编命令method来定义，汇编命令后跟方法的返回值、名称和参数。方法体被包含在｛｝中。例子中的ret代表该方法的结束。
一个中间语言文件可以包含很多函数，汇编工具没有办法分辨应该首先执行哪一个方法。在诸如C#或VB这一类高级语言中，程序的入口方法通常都有特定的名称，例如在C#中的public static void Main()。这就是上面的汇编工具发出错误提示的原因。在中间语言中，第一个被执行的方法被称为入口函数（EntryPoint Function）。为了告诉汇编工具HelloWorld是入口函数，我们需要在代码中增加一条汇编命令entrypoint，该命令可以放在方法体中的任何位置。需要注意的是在一个程序集中只能有一个入口函数。
中间语言代码通常被编译成一个模块，该模块隶属于一个程序集。在.Net中模块和程序集的概念非常重要，因此开发人员需要很清楚地了解它们。在后面的文章中我们将详细讨论.Net程序的结构。通过在代码中加入assembly命令，可以告诉汇编工具中间代码隶属于那个程序集。assembly命令的格式如下：
.assembly <程序集名称> {}
需要注意在method命令后加入了static关键字，这是因为每个入口函数必须是静态的，例如在C#中我们将Main方法定义为public static void Main()。
接下来我们需要调用WriteLine方法将HelloWorld字符串输出到屏幕。通过使用call指令（Instruction）我们可以达到这个目的。指令的格式如下：
call <return type> <namespace>.<class name>::<method name>
这里我们可以看到当调用一个方法时，中间语言和其他的编程语言有很大的区别。在中间语言中，如果需要调用一个方法，需要指定方法的全名，包括他的名称域（namespace）、类名、返回值类型和参数的数据类型。这样就保证了汇编工具能够找到正确的方法。
在调用WriteLine方法时需要一个字符串参数。所有传递给方法或函数的参数都被保存在内存的堆栈中。在中间语言中有一个指令ldstr可以从堆栈中加载一个字符串。（堆栈是内存中的一块区域，它被用于将参数传输给方法，在后面我们会详细讨论堆栈的问题）。所有的方法都从堆栈中获取它们的参数，因此ldstr指令是必不可少的。ldstr指令的格式如下所示：
ldstr <parameter string>
我们可以用ILAsm.exe来编译这个程序。在运行ILAsm.exe之前，首先需要确认一下该程序已经包含在了Windows操作系统的Path环境变量中。ILAsm.exe 可在下面的路径中找到：
%windir%\Microsoft.NET\Framework\v1.0.xxxx
其中xxxx是正在使用的.NET框架的内部版本号。例如我使用的版本号是3705，则应该如下设置Path环境变量：
Set Path = %Path%;c:\Windows\Microsoft.NET\Framework\v1.0.3705
然后运行cmd.exe（开始->运行->输入cmd->按下确认键）。在弹出的命令窗口中输入：
J:\Testcode>ilasm HelloWorld.il
汇编代码后运行程序就可以看到Hello World.的输出。
通过上面的例子，我们了解了中间语言的程序结构，一些命令和指令。同时需要提醒大家的是中间语言是区分大小写的。
2．改进的HelloWorld例子
在.Net中的所有语言都是面向对象的语言，但是上面的HelloWorld例子是一个结构化的例子。下面让我们来看一下如何将它转化为面向对象的代码。在面向对象的编程中，我们将操作定义在类中。为了将上面的HelloWorld例子转化为面向对象的代码，可以使用class命令：
.class HelloWorld { }
class命令后紧跟的是类的名称。类的名称在中间语言中是可选的。同时我们还需要为该指令添加一些属性，例如存取控制类在内存中的布局和互用性等。这样代码就变成了：
.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
}
}
在代码中用到了三个属性：
· public：public是访问控制属性，它表明了对于访问该类的成员没有限制。
· auto：auto属性表明了当类被加载到内存中时，在内存中的布局是由公共运行库而不是程序决定的。
· ansi：指定ansi属性是为了在没有被管理和被管理的代码之间实现无缝的转化。在.Net中，那些不可直接应用在公共语言基础设施之上的代码被称为没有被管理的代码，例如C、C++和VB6的代码。我们需要一个属性来处理被管理的代码和没有被管理的代码之间的互用性。在被管理的代码中，字符串用双字节的Unicode字符表示，而在被管理的代码中，字符串有可能用单字节的ANSI字符表示。指定了ansi属性就可以在不同的代码间转化字符串了。
我们知道在.Net框架中，所有的类都直接或间接地继承了System.Object类。在代码中我们明确指定了HelloWorld继承了System.Object。
在HelloWorld方法中加入了public、hidebysig、cil managed属性，下面是对这些属性的解释：
· public：在C#或VB.Net中，当我们定义一个方法时，需要指定方法的访问修饰符。访问修饰符可以是public、protected、internal或private 。
· hidebysig：一个类可以继承其他的类，hidebysig属性保证当前类中的方法在作为父类时不会被子类继承。例如如果HelloWorldChild类继承了HelloWorld类，在HelloWorldChild中不会看到HelloWorld方法。
· cil managed：该属性将在后面讨论。
在高级语言中（C#，VB.Net等），每个类必须有构造函数，而且构造函数的第一行需要调用基类的构造函数。如果类中没有构造函数，基类的构造函数将被自动调用。通常这是由编译器自动完成的，现在我们要在的代码中加入构造函数，该构造函数通过.ctor命令调用基类的构造函数。
小结
本文我们从经典的Hello World例子开始，通过实例了解了微软中间语言的基本语法规则以及中间语言与其他开发语言的关系。在下一篇文章中，我们将在此基础上，运用实例程序讲述.net应用程序的格式和结构等内容。

B. 编译器是什么意思

简单讲，编译器就是将“一种语言（通常为高级语言）”翻译为“另一种语言（通常为低级语言）”的程序。一个现代编译器的主要工作流程：源代码 (source code) → 预处理器 (preprocessor) → 编译器 (compiler) → 目标代码 (object code) → 链接器 (Linker) → 可执行程序 (executables)
高级计算机语言便于人编写，阅读交流，维护。机器语言是计算机能直接解读、运行的。编译器将汇编或高级计算机语言源程序（Source program）作为输入，翻译成目标语言（Target language）机器代码的等价程序。源代码一般为高级语言 (High-level language)， 如Pascal、C、C++、Java、汉语编程等或汇编语言，而目标则是机器语言的目标代码（Object code），有时也称作机器代码（Machine code）。
对于C#、VB等高级语言而言，此时编译器完成的功能是把源码（SourceCode）编译成通用中间语言（MSIL/CIL）的字节码（ByteCode）。最后运行的时候通过通用语言运行库的转换，编程最终可以被CPU直接计算的机器码（NativeCode）。

C. C#程序不是一次编译后执行了，而是编译成中间代码，在。net环境由JIA编译器边编辑边执行是什么意思

是这样子的。不管是C#还是VB.NET还是VS平台上的其他语言。你写好以后进行编译，都会生成同样的另一种语言MSIL（微软中间语言）。然后再编译执行。
明白不？
也就是说把你写的代码生成另一种代码。这样子不管你用的vb.net啦还是C#啦，还是C++.NET啦都会先生成同样的东西。再去执行。这就是.NET平台的特性啦

D. 编译程序分为哪几个主要部分

1、词法分析

词法分析的任务是对由字符组成的单词进行处理，从左至右逐个字符地对源程序进行扫描，产生一个个的单词符号，把作为字符串的源程序改造成为单词符号串的中间程序。执行词法分析的程序称为词法分析程序或扫描器。

2、语法分析

编译程序的语法分析器以单词符号作为输入，分析单词符号串是否形成符合语法规则的语法单位，如表达式、赋值、循环等，最后看是否构成一个符合要求的程序，按该语言使用的语法规则分析检查每条语句是否有正确的逻辑结构，程序是最终的一个语法单位。

3、中间代码生成

中间代码是源程序的一种内部表示，或称中间语言。中间代码的作用是可使编译程序的结构在逻辑上更为简单明确，特别是可使目标代码的优化比较容易实现。中间代码即为中间语言程序，中间语言的复杂性介于源程序语言和机器语言之间。

4、代码优化

代码优化是指对程序进行多种等价变换，使得从变换后的程序出发，能生成更有效的目标代码。所谓等价，是指不改变程序的运行结果。所谓有效，主要指目标代码运行时间较短，以及占用的存储空间较小。这种变换称为优化。

5、目标代码生成

目标代码生成是编译的最后一个阶段。目标代码生成器把语法分析后或优化后的中间代码变换成目标代码。

(4)编译器中间语言代码扩展阅读：

特点

数据结构分析和综合时所用的主要数据结构，包括符号表、常数表和中间语言程序。符号表由源程序中所用的标识符连同它们的属性组成。

其中属性包括种类（如变量、数组、结构、函数、过程等）、类型（如整型、实型、字符串、复型、标号等），以及目标程序所需的其他信息。常数表由源程序中用的常数组成，其中包括常数的机内表示，以及分配给它们的目标程序地址。

分析部分源程序的分析是经过词法分析、语法分析和语义分析三个步骤实现的。词法分析由词法分析程序（又称为扫描程序）完成。

其任务是识别单词（即标识符、常数、保留字，以及各种运算符、标点符号等）、造符号表和常数表，以及将源程序换码为编译程序易于分析和加工的内部形式。

E. 编译器的代码分析

编译器分析（compiler analysis）的对象是前端生成并传递过来的中间代码，现代的优化型编译器（optimizing compiler）常常用好几种层次的中间代码来表示程序，高层的中间代码（high level IR）接近输入的源程序的格式，与输入语言相关（language dependent），包含更多的全局性的信息，和源程序的结构；中层的中间代码（middle level IR）与输入语言无关，低层的中间代码(Low level IR)与机器语言类似。 不同的分析，优化发生在最适合的那一层中间代码上。
常见的编译分析有函数调用树（call tree），控制流程图（Control flow graph），以及在此基础上的 变量定义－使用，使用－定义链（define-use/use-define or u-d/d-u chain），变量别名分析（alias analysis），指针分析（pointer analysis），数据依赖分析（data dependence analysis）等。
程序分析结果是编译器优化（compiler optimization）和程序变形（compiler transformation）的前提条件。常见的优化和变形有：函数内嵌（inlining），无用代码删除（Dead code elimination），标准化循环结构（loop normalization），循环体展开（loop unrolling），循环体合并，分裂（loop fusion，loop fission），数组填充（array padding），等等。 优化和变形的目的是减少代码的长度，提高内存（memory），缓存（cache）的使用率，减少读写磁盘，访问网络数据的频率。更高级的优化甚至可以把序列化的代码（serial code）变成并行运算，多线程的代码（parallelized，multi-threadedcode）。
机器代码的生成是优化变型后的中间代码转换成机器指令的过程。现代编译器主要采用生成汇编代码（assembly code）的策略，而不直接生成二进制的目标代码（binary object code）。即使在代码生成阶段，高级编译器仍然要做很多分析，优化，变形的工作。例如如何分配寄存器（register allocatioin），如何选择合适的机器指令（instruction selection），如何合并几句代码成一句等等。

F. 设计一个中间代码编译器

int main()
{

string s;

cout<<"输入程序，以“#”作为结束标志。"<<endl;

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

int num;

turn=0;
num=buffer()-1; //单词个数-1
int x=0;//计识别的单词的个数

for(turn=1;turn<=num;turn++)//总循环,ch存放刚读入的字符，strtoken[]存放已识别的标志付或保留字，turn是数组str[]的下标
{
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不是标志符中的符号
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];//输出识别的标志符或保留字
}
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;//如果是数字，则kind=7

record[x]=new Word;

record[x]->sort=kind;//将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;
}

//////////////////////*语法分析*////////////////

int ana[MAX];//存放词法分析得到的单词序列的编号的序列
int m;
for(m=0;m<x;m++)
{
ana[m]=record[m]->sort;//将sort作为数组保存起来

}

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

G. 编译程序是不是一定要产生中间代码

是的，中间代码的意义就是微软推出.NET平台的意义
NET是Microsoft面向XMLWeb服务的平台，这种下一代的软件将使用一种统一、个性化的方式将我们的信息、设备和人员紧密联系在一起。

H. 编译器是什么

简单讲，编译器就是将“一种语言（通常为高级语言）”翻译为“另一种语言（通常为低级语言）”的程序。一个现代编译器的主要工作流程：源代码 (source code) → 预处理器 (preprocessor) → 编译器 (compiler) → 目标代码 (object code) → 链接器 (Linker) → 可执行程序 (executables)
高级计算机语言便于人编写，阅读交流，维护。机器语言是计算机能直接解读、运行的。编译器将汇编或高级计算机语言源程序（Source program）作为输入，翻译成目标语言（Target language）机器代码的等价程序。源代码一般为高级语言 (High-level language)， 如Pascal、C、C++、Java、汉语编程等或汇编语言，而目标则是机器语言的目标代码（Object code），有时也称作机器代码（Machine code）。
对于C#、VB等高级语言而言，此时编译器完成的功能是把源码（SourceCode）编译成通用中间语言（MSIL/CIL）的字节码（ByteCode）。最后运行的时候通过通用语言运行库的转换，编程最终可以被CPU直接计算的机器码（NativeCode）。
编译是从源代码（通常为高级语言）到能直接被计算机或虚拟机执行的目标代码（通常为低级语言或机器语言）的翻译过程。然而，也存在从低级语言到高级语言的编译器，这类编译器中用来从由高级语言生成的低级语言代码重新生成高级语言代码的又被叫做反编译器。也有从一种高级语言生成另一种高级语言的编译器，或者生成一种需要进一步处理的的中间代码的编译器（又叫级联）。
典型的编译器输出是由包含入口点的名字和地址， 以及外部调用（到不在这个目标文件中的函数调用）的机器代码所组成的目标文件。一组目标文件，不必是同一编译器产生，但使用的编译器必需采用同样的输出格式，可以链接在一起并生成可以由用户直接执行的EXE,
所以我们电脑上的文件都是经过编译后的文件。

I. 编译程序中间代码的生成对编译器的前端和后端有什么作用

编译器粗略分为词法分析，语法分析，类型检查，中间代码生成，代码优化，目标代码生成，目标代码优化。把中间代码生成及之前阶段划分问编译器的前端，那么后端与前端是独立的。后端只需要一种中间代码表示，可以是三地址代码或四元式等，而这些都与前端生成的方式无关。也就是不论你前端是用fortran还是c/c++,只要生成了中间代码表示就可以了，后端是不管你是用哪种语言生成的。

J. c程序经过编译后获得的中间代码文件还需要经过

开发一个C语言程序需要经过的四个步骤：编辑、编译、连接、运行。
C语言程序可以使用在任意架构的处理器上，只要那种架构的处理器具有对应的C语言编译器和库，然后将C源代码编译、连接成目标二进制文件之后即可运行。
1、预处理：输入源程序并保存(.C文件)。
2、编译：将源程序翻译为目标文件(.OBJ文件)。
3、链接：将目标文件生成可执行文件( .EXE文件)。
4、运行：执行.EXE文件,得到运行结果。