Юпин Р.Е. Лекции по системному программному обеспечению

Подождите немного. Документ загружается.

Лекция 4: Среда разработки программного обеспечения

Компилятор

Компиля́тор — транслятор, который осуществляет перевод всей

исходной программы в эквивалентную ей результирующую программу на

языке машинных команд (микропроцессора или виртуальной машины).

Основы

Большая часть компиляторов переводят программу с некоторого

высокоуровневого языка программирования в машинный код, который

может быть непосредственно выполнен центральным процессором. Как

правило, этот код также должен выполняться в среде конкретной

операционной системы, поскольку использует предоставляемые ей

возможности (системные вызовы, библиотеки функций). Архитектура (набор

программно-аппаратных средств), для которой производится компиляция,

называется целевой машиной.

Некоторые компиляторы (например, Java) переводят программу не в

машинный код, а в программу на некотором специально созданном

низкоуровневом языке. Такой язык — байт-код — также можно считать

языком машинных команд, поскольку он подлежит интерпретации

виртуальной машиной. Например, для языка Java это JVM (язык виртуальной

машины Java), или так называемый байт-код Java (вслед за ним все

промежуточные низкоуровневые языки стали называть байт-кодами). Для

языков программирования на платформе .NET Framework (C#, Managed C++,

Visual Basic .NET и другие) это MSIL (Microsoft Intermediate Language,

«Промежуточный язык фирмы Майкрософт»).

Программа на байт-коде подлежит интерпретации виртуальной

машиной, либо ещё одной компиляции уже в машинный код

непосредственно перед исполнением. Последнее называеется «Just-In-Time

компиляция» (JIT), по названию подобного компилятора для Java. MSIL-код

компилируется в код целевой машины также JIT-компилятором, а

библиотеки .NET Framework компилируются заранее).

Для каждой целевой машины (IBM, Apple и т. д.) и каждой

операционной системы или семейства операционных систем, работающих на

целевой машине, требуется написание своего компилятора. Существуют

также так называемые кросс-компиляторы, позволяющие на одной машине и

в среде одной ОС получать код, предназначенный для выполнения на другой

целевой машине и/или в среде другой ОС. Кроме того, компиляторы могут

быть оптимизированы под разные типы процессоров из одного семейства

(путём использования специфичных для этих процессоров инструкций).

Например, код, скомпилированный под процессоры семейства i686, может

использовать специфичные для этих процессоров наборы инструкций —

MMX, SSE, SSE2.

Существуют программы, которые решают обратную задачу — перевод

программы с низкоуровневого языка на высокоуровневый. Этот процесс

называют декомпиляцией, а программы — декомпиляторами. Но, поскольку

компиляция — это процесс с потерями, точно восстановить исходный код,

скажем, на C++ в общем случае невозможно. Более эффективно

декомпилируются программы в байт-кодах — например, существует

довольно надёжный декомпилятор для Flash.

Структура компилятора

Процесс компиляции состоит из следующих этапов:

1. Лексический анализ. На этом этапе последовательность символов

исходного файла преобразуется в последовательность лексем.

2. Синтаксический (грамматический) анализ. Последовательность лексем

преобразуется в дерево разбора.

3. Семантический анализ. Дерево разбора обрабатывается с целью

установления его семантики (смысла) — напр. привязка

идентификаторов к их декларациям, типам, проверка совместимости,

определение типов выражений и т. д. Результат обычно называется

«промежуточным представлением/кодом», и может быть дополненным

деревом разбора, новым деревом, абстрактным набором команд или

чем-то ещё, удобным для дальнейшей обработки.

4. Оптимизация. Выполняется удаление излишних конструкций и

упрощение кода с сохранением его смысла. Оптимизация может быть

на разных уровнях и этапах, напр. над промежуточным кодом или над

конечным машинным кодом.

5. Генерация кода. Из промежуточного представления выдается код на

целевом языке.

В конкретных реализациях компиляторов, эти этапы могут быть

раздельны или совмещены в том или ином виде.

Трансляция и компоновка

Важной исторической особенностью компилятора, отраженной в его

названии (англ. compile — собирать вместе, составлять), являлось то, что он

мог производить и компоновку (то есть содержал две части — транслятор и

компоновщик). Это связано с тем, что раздельная компиляция и компоновка

как отдельная стадия сборки выделились значительно позже появления

компиляторов, и многие популярные компиляторы (например, GCC) до сих

пор физически объединены со своими компоновщиками. В связи с этим,

вместо термина «компилятор» иногда используют термин «транслятор»

как его синоним: либо в старой литературе, либо когда хотят подчеркнуть

его способность переводить программу в машинный код (и наоборот,

используют термин «компилятор» для подчеркивания способности собирать

из многих файлов один).

Примеры компиляторов

 GCC

 Free Pascal Compiler

 Компиляторы C, C++ и Fortran от Sun Microsystems Inc.

 Watcom Fortran/C++ Compiler

 Intel C++/Fortran compiler.

 Преобразователь Глагола

 ICC AVR

Транслятор

Трансля́тор — программа, которая принимает на вход программу на

одном языке (он в этом случае называется исходный язык, а программа —

исходный код), и преобразует её в программу, написанную на другом языке

(соответственно, целевой язык и объектный код).

В качестве целевого языка наиболее часто выступают машинный код,

Ассемблер и байт-код, так как они наиболее удобны (с точки зрения

производительности) для последующего исполнения.

Наиболее часто встречаются две разновидности трансляторов:

 Компиляторы — выдают результат в виде исполняемого файла (в

данном случае считаем, что компоновка входит в компиляцию). Этот

файл:

o транслируется один раз — может быть запущен самостоятельно

o не требует для работы наличия на машине создавшего его

транслятора

 Интерпретаторы — исполняют программу после разбора (в этом

случае в роли объектного кода выступает внутреннее представление

программы интерпретатором). Исполняется она построчно. В данном

случае программа

o транслируется (интерпретируется) при каждом запуске (если

объектный код кешируется, возможны варианты)

o требует для исполнения наличия на машине интерпретатора и

исходного кода

Помимо «чисто» трансляторов и интерпретаторов, существует

множество промежуточных вариантов. Так, большинство современных

интерпретаторов перед исполнением переводят программу в байт-код (так

как его покомандно выполнять гораздо проще, а значит, быстрее) или даже

прямо в машинный код (в последнем варианте от интерпретатора остался

только автоматический запуск, поэтому такой «интерпретатор» называется

JIT-компилятором).

Важное примечание: продукты, использующие промежуточные

варианты между парадигмами транслятора в машинный код и

интерпретатора, выделились сравнительно недавно — когда машины стали

достаточно мощными, чтобы компилировать код «на лету». До этого времени

трансляция была сложной и времязатратной задачей, и выполнялась только

отдельно (и даже на других машинах). В связи с этим, в старой литературе

термины «транслятор» и «интерпретатор» противопоставляются друг

другу как диаметрально противоположные подходы! Также, раньше

компиляторы назывались «трансляторами», поскольку компоновка как

отдельная стадия выделилась позже, а трансляторы не в машинный код были

мало распространены. (См. также Компилятор#Трансляция и компоновка)

См. также

 Интерпретатор

 Компилятор

 Ассемблер

Литература

 Касьянов В. Н., Поттосин И. В. Методы построения трансляторов. —

Новосибирск: Наука, 1986. C. 344.

Компоновщик

Компоновщик (также реда́ктор свя́зей, англ. linker, link editor) —

программа, которая производит компоновку — принимает на вход один или

несколько объектных модулей и собирает по ним исполняемый модуль.

Для связывания модулей, компоновщик использует таблицы имён,

созданные компилятором в каждом из объектных модулей. Такие имена

могут быть двух типов:

 Определённые или экспортируемые имена — функции и переменные,

определённые в данном модуле и предоставляемые для использования

другим модулям

 Неопределённые или импортируемые имена — функции и переменные,

на которые ссылается модуль, но не определяет их внутри себя

Работа компоновщика заключается в том, чтобы в каждом модуле

разрешить ссылки на неопределённые имена. Для каждого импортируемого

имени находится его определение в других модулях, упоминание имени

заменяется на его адрес.

Загрузчик программ

Загру́зчик (англ. loader)Y— в информатике, программа, отвечающая за

загрузку исполняемых файлов и запуск соответствующих новых процессов.

Обычно является частью операционной системы, но может быть и

самостоятельной программойY— к примеру, позволяющей операционной

системе запускать программы, скомпилированные для других операционных

систем (см. также: эмуляторы, WINE).

При запуске новой программы загрузчик должен:

 Считать информацию из запускаемого файла.

 Если необходимоY— загрузить в память недостающие динамические

библиотеки.

 Заменить в коде новой программы неизвестные адреса на точные, с

учётом текущего размещения памяти. Это называется «релокацией» (от

англ. relocation) или «перемещением».

 Создать в памяти образ нового процесса и запланировать его к

исполнению.

Загрузчик операционной системы действует по схожему принципу, но

обычно является отдельной программой, поскольку решает специфическую

задачуY— запуск самой операционной системы.

См. также

 Системное программное обеспечение

 ELF (формат исполняемого файла)

 PE (формат исполняемого файла)

Отладчик

Отла́дчик является модулем среды разработки или отдельным

приложением, предназначенным для поиска ошибок в программе. Отладчик

позволяет выполнять пошаговую трассировку, отслеживать значения

переменных в процессе выполнения программы, устанавливать точки или

условия останова и т.Yд.

Ссылки

 Free Debugging Tools, Static Source Code Analysis Utilities, Bug Trackers

См. также

 Отладка программы

 GNU Debugger — отладчик программ от проекта GNU

 Electric Fence

 Sun Studio — среда разработки программного обеспечения,

включающая отладчик dbx для ОС Solaris и GNU/Linux

 Microsoft Visual Studio — среда разработки программного обеспечения,

включающая средства отладки, от корпорации Microsoft

 OllyDbg — бесплатный низкоуровневый отладчик для операционных

систем семейства Windows

 SoftICE — низкоуровневый отладчик для операционных систем

семейства Windows

 TotalView — один из коммерческих отладчиков для UNIX.

Текстовый редактор

Окно текстового редактора gedit

Те́кстовый реда́ктор — компьютерная программа, предназначенная

для создания и изменения текстовых файлов, а также их просмотра на экране,

вывода на печать, поиска фрагментов текста и т.Yп.

Типы текстовых редакторов

Условно выделяют два типа редакторов.

Первый тип ориентирован на работу с последовательностью символов

в текстовых файлах. Такие редакторы обеспечивают расширенную

функциональность — подсветку синтаксиса, сортировку строк, шаблоны,

конвертация кодировок, показ кодов символов и т.Yп. Иногда их называют

редакторы кода, так как основное их предназначение — написание

исходных кодов компьютерных программ.

Второй тип текстовых редакторов имеет расширенные функции

форматирования текста, внедрения в него графики и формул, таблиц и

объектов. Такие редакторы часто называют текстовыми процессорами и

предназначены они для создания различного рода документов, от личных

писем до официальных бумаг. Классический пример — Microsoft Word.

Также выделяют более общий класс программ — текстовые рабочие

среды. По сути, такие среды представляют собой полноценную рабочую

среду, в которой можно решать самые разнообразные задачи: с помощью

надстроек они позволяют писать и читать письма, веб-каналы, работать в

вики и Вебе, вести дневник, управлять списками адресов и задач.

Представители этого класса — Emacs, Archy, Vim и Acme из операционной

системы Plan 9. Такие программы могут служить средами разработки

программного обеспечения. В любом случае, последние всегда содержат

текстовый редактор как необходимый инструмент программирования.

Популярные текстовые редакторы (первого рода)

 Emacs. Свободный. — Имеет мощный и очень гибкий настраиваемый

интерфейс, поддерживает макросы.

 jEdit. Свободный редактор на Java.

 Kate. — Мощный расширяемый свободный текстовый редактор с

подсветкой синтаксиса для массы языков программирования и

разметки (модули подсветки можно автоматически обновлять по сети).

Гибкий настраиваемый интерфейс. Входит в состав KDE.

 Notepad — входит в состав Microsoft Windows.

 Vim. Свободный. Разделяет процесс редактирования на режим ввода и

командный. Даёт неограниченные возможности настройки и

автоматизации.

 GNU nano — Свободный редактор для текстового режима.

 EditPlus — текстовый редактор для Windows, предназначенный для

программирования и веб-разработки.

 EmEditor — платный редактор для Windows-систем. Обеспечивает

подсветку текста для разных форматов, модулей, однако интерфейс

требует изучения.

 SciTE Свободный кроссплатформенный редактор с подсветкой

синтаксиса для многих языков программирования, фолдингом.

Широкие возможности настройки и автоматизации.

 NEdit — популярный текстовый редактор и редактор исходного кода

для среды X Window System.

 Notepad++ (GNU GPL), основан на том же движке, что и SciTE. Имеет

сходные возможности и удобный интерфейс.

 Pspad — Текстовый редактор с подсветкой синтаксиса, поддержкой

скриптов и инструментами для работы с HTML-кодом.

 TEA [1] — Редактор с сотнями функций обработки текста и разметки в

HTML, LaTeX, Docbook.

 Texter — текстовый редактор для Windows

 metapad — текстовый редактор для Windows

 Crimson Editor — текстовый редактор с подсветкой синтаксиса для

Microsoft Windows, распространяемый под лицензией GNU GPL.

 UltraEdit [2].

 RulNote .

 EditPad .

 HippoEdit .

 MiBEditor .

 TextMate .

 TextEdit — текстовый редактор с нестандартным интерфейсом

Популярные текстовые процессоры (текстовые редакторы второго

рода)

 WordPad — входит в состав MS Windows

 TeX (Дональда Кнута)

 OpenOffice.org Writer

 Microsoft Word

 AbiWord

 PolyEdit