Απίστευτα περίπλοκα προγράμματα που αποδέχονται άλλα ως εισροές και δημιουργούν δυαδική έξοδο αρχείου εκτελέσιμου αντικειμένου;

Η δημιουργία ενός προγράμματος που αποδέχεται ένα άλλο πρόγραμμα ως εισροή και δημιουργεί ένα δυαδικό εκτελέσιμο, καθώς η έξοδος είναι ένα πολύπλοκο έργο, που περιλαμβάνει αρκετές εξελιγμένες περιοχές της επιστήμης των υπολογιστών. Δεν υπάρχουν ενιαία, εύκολα διαθέσιμα προγράμματα που το κάνουν αυτό με τρόπο γενικής χρήσης, καθώς η διαδικασία εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη γλώσσα του προγράμματος εισόδου, την αρχιτεκτονική-στόχο και την επιθυμητή λειτουργικότητα. Αντ 'αυτού, είναι μια συλλογή εργαλείων και τεχνικών. Ακολουθεί μια κατανομή των απίστευτα περίπλοκων πτυχών:

1. Ανάλυση και ανάλυση πηγαίου κώδικα:

* Ειδική για τη γλώσσα: Το πρόγραμμα εισόδου θα μπορούσε να γραφτεί σε οποιαδήποτε γλώσσα (C, C ++, Java, Python, Rust, κλπ.). Κάθε γλώσσα έχει τη δική της σύνταξη και σημασιολογία, απαιτώντας από έναν ειδικό αναλυτή να κατανοήσει τη δομή του κώδικα. Αυτό περιλαμβάνει λεξική ανάλυση (διάσπαση κώδικα σε μάρκες), ανάλυση σύνταξης (δημιουργία δέντρου αναλύσεων) και σημασιολογική ανάλυση (κατανόηση της έννοιας του κώδικα). Η ισχυρή ανάλυση είναι ζωτικής σημασίας για την αντιμετώπιση σύνθετων δομών κώδικα, συμπεριλαμβανομένων των μακροεντολών, των προτύπων και της υπό όρους συλλογής.

* Abstract Syntax Tree (AST) Δημιουργία: Οι αναλυτές συνήθως παράγουν ένα AST, μια εκπροσώπηση που μοιάζει με δέντρο της δομής του προγράμματος. Αυτό το AST είναι μια βασική ενδιάμεση αναπαράσταση που χρησιμοποιείται στα επόμενα βήματα.

* Ανάλυση ροής και ροής δεδομένων: Η κατανόηση της ροής ελέγχου του προγράμματος (πώς η εκτέλεση πηδάει μεταξύ διαφορετικών τμημάτων του κώδικα) και της ροής δεδομένων (πώς χρησιμοποιούνται και τροποποιούνται τα δεδομένα) είναι απαραίτητη για τη βελτιστοποίηση και την παραγωγή κώδικα. Αυτό περιλαμβάνει αλγόριθμους όπως η επίτευξη ορισμών, η ζωντανή μεταβλητή ανάλυση και τα γραφήματα ροής ελέγχου.

2. Γενιά ενδιάμεσης αναπαράστασης (IR):

* μετάφραση σε ένα κοινό IR: Το AST συχνά μεταφράζεται σε ενδιάμεση αναπαράσταση χαμηλότερου επιπέδου. Τα κοινά IRS περιλαμβάνουν LLVM IR, κωδικό τριών διευθύνσεων ή προσαρμοσμένο IRS. Το IR παρέχει μια ανεξάρτητη από την πλατφόρμα εκπροσώπηση που διευκολύνει την εκτέλεση βελτιστοποιήσεων και στοχεύει διαφορετικές αρχιτεκτονικές.

3. Βελτιστοποίηση:

* Βελτιστοποιήσεις υψηλού επιπέδου: Αυτές οι βελτιστοποιήσεις εργάζονται στο IR και στοχεύουν στη βελτίωση της απόδοσης του προγράμματος χωρίς να αλλάξουν τη σημασιολογία του. Παραδείγματα περιλαμβάνουν σταθερή αναδίπλωση, εξάλειψη νεκρού κώδικα, inlining, ξετυλίγματα βρόχου και διάφορες μορφές κίνησης κώδικα.

* Βελτιστοποιήσεις χαμηλού επιπέδου: Αυτά επικεντρώνονται στη δημιουργία πιο αποτελεσματικού κώδικα μηχανής. Οι τεχνικές περιλαμβάνουν την κατανομή μητρώου, τον προγραμματισμό οδηγιών και τη συμπίεση κώδικα.

4. Δημιουργία κώδικα:

* Γενιά κώδικα για συγκεκριμένη στόχο: Το βελτιστοποιημένο IR στη συνέχεια μεταφράζεται σε κώδικα μηχανής ειδικά για την αρχιτεκτονική-στόχο (x86, ARM, RISC-V, κλπ.). Αυτό περιλαμβάνει τη χαρτογράφηση των οδηγιών IR σε οδηγίες μηχανής, τους καταχωρητές χειρισμού και τη διαχείριση μνήμης.

* Ενσωμάτωση συνδέτη: Ο παράγοντας που δημιουργείται συνήθως συναρμολογείται σε αρχεία αντικειμένων, τα οποία στη συνέχεια συνδέονται μαζί με άλλα αρχεία αντικειμένων (όπως οι τυποποιημένες βιβλιοθήκες) για να παράγουν ένα τελικό εκτελέσιμο. Ο σύνδεσμος επιλύει τα σύμβολα, χειρίζεται τη μετεγκατάσταση και δημιουργεί το τελικό εκτελέσιμο αρχείο.

5. Εργαλεία και πλαίσια κατασκευής μεταγλωττιστή:

* lexers και parsers γεννήτριες: Εργαλεία όπως το Lex/Flex και το YACC/Bison χρησιμοποιούνται για την αυτοματοποίηση της δημιουργίας lexers και parsers.

* υποδομή μεταγλωττιστή LLVM: Το LLVM παρέχει ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο για την οικοδόμηση μεταγλωττιστών, συμπεριλαμβανομένου ενός IR, ενός βελτιστοποιητή και των γεννήτριων κώδικα για διάφορες αρχιτεκτονικές.

Παραδείγματα σύνθετων σεναρίων:

* Συγκέντρωση ενός προγράμματος που χρησιμοποιεί δυναμική σύνδεση: Αυτό απαιτεί τη διαχείριση της πολυπλοκότητας των κοινόχρηστων βιβλιοθηκών και της σύνδεσης του χρόνου εκτέλεσης.

* Συγκέντρωση ενός προγράμματος που χρησιμοποιεί τη συλλογή Just-in-time (JIT): Αυτό περιλαμβάνει τη δημιουργία κώδικα κατά το χρόνο εκτέλεσης και απαιτεί εξελιγμένη διαχείριση χρόνου εκτέλεσης.

* Συγκέντρωση ενός προγράμματος που χρησιμοποιεί ταυτόχρονη (νήματα ή διαδικασίες): Αυτό απαιτεί προσεκτικό χειρισμό των πρωταρχικών πρωταθλημάτων συγχρονισμού και των συνθηκών.

* Cross-Compilation: Συγκέντρωση ενός προγράμματος για μια διαφορετική αρχιτεκτονική από αυτή που εκτελείται ο μεταγλωττιστής.

Εν ολίγοις, η οικοδόμηση ενός συστήματος που λαμβάνει ένα αυθαίρετο πρόγραμμα ως εισροή και δημιουργεί ένα δυαδικό εκτελέσιμο εκτελέσιμο είναι μια μνημειώδη δέσμευση, που απαιτεί εμπειρογνωμοσύνη στον σχεδιασμό του μεταγλωττιστή, τη θεωρία της γλώσσας προγραμματισμού και την αρχιτεκτονική υπολογιστών. Οι υπάρχοντες μεταγλωττιστές όπως το GCC και το Clang είναι ήδη απίστευτα περίπλοκα παραδείγματα και είναι εξαιρετικά εξειδικευμένα για τις υποστηριζόμενες γλώσσες και τις αρχιτεκτονικές τους. Η δημιουργία μιας πραγματικά καθολικής έκδοσης θα ήταν ένα τεράστιο ερευνητικό έργο.