# 【Compiler】 Ch1. Introduction

## 什麼是編譯器？

* 編譯器是一個program，可以將來源語言(source language)轉換為目標語言(target language)。
* 很多人會將compiler和IDE搞混，IDE全名為Integrated Development Environment，是工程師開發用的整合環境。IDE除了包含compiler之外，通常還有文字編輯、除錯工具等功能。
* 例如：VisualStudio 是一個IDE，gcc 是一個編譯器。
* 編譯器範例：
* C/C++、Java的編譯器
* 文字格式化 - Tex、LaTex
* Silicon compilers(硬體編譯器)
* Query interpreters - SQL compilers
* 組譯器
* 瀏覽器

## Analysis-Synthesis Model

* 編譯的流程可以分成以下兩塊：
* Analysis，分析，又稱front end
* 將原程式拆成不同的零件
* 得到中間碼 intermediate representation (IR)
* Synthesis，合成，又稱back end
* 利用IR組合出目標程式
* (選做)最佳化
* 
* 本課程礙於時間，只著重在Analysis的部分。

## Analysis

* 有些工具、功能就是利用Analysis的功能：
* 結構編輯器
* 有些程式編輯器會有自動完成code的輔助功能，例如打入`for`就幫你產生好後面的括號等，就是利用Analysis的功能。
* 美觀顯示
* 分析程式來完成有高亮功能的文字編輯器。
* 靜態檢查
* 在你還沒編譯/執行程式前，有些工具就可以幫你早出單字拼錯、型別錯誤等問題。
* 直譯器
* 不產生出完整的目標程式，直接分析完來源程式就執行。
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* Analysis分為三個面向
* Linear Analysis (Lexical Analysis)
* 掃描字元並將他們分組，形成tokens
* Hierarchical Analysis (Syntax Analysis)
* 將tokens組合成語法
* Semantic Analysis
* 辨識語法錯誤和型別問題
* 

### Lexical Analysis

* 將字元們轉成tokens。
* Tokens是語法中的最小單位。
* 舉例，現在有一行程式為`position = initial + rate * 60`
* 經過scan，將其轉為`<id, position> = <id, initial> + <id, rate> * 60`
* 其中`<id, position>` `=` `<id, initial>` `+` `<id, rate>` `*` `60`都各是一個token

### Syntax Analysis

* 將tokens分組，形成為語法。
* 
* 在階層式結構中，常用遞迴關係去表達一個程式，例如：
* 所有`identifier`都是一個`expression`
* 所有`number`都是一個`expression`
* 如果`expression1`和`expression2`都是expressions，則` expression1 op expression2`和`(expression1)`也是expression

### Semantic Analysis
* 檢查語意錯誤。
* 產生型別的資訊，也可以用於做隱含型別轉換等功能。
* 

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* 上圖為整個編譯的流程圖，由上而下得到目標程式。
* 中間每個環節都需與symbol table溝通
* 中間每個環節都需注意錯誤偵測

### Symbol-Table Management
* 編譯過程中我們必須建立symbol table去存放各種identifier的資訊
* identifier的名稱
* identifier的種類(變數、常數、函式等)
* identifier的型別(int, float, string)
* identifier的可視範圍、生命週期
* 在lexical analysis偵測到identifier後放入table，在syntax analysis and semantic analysis填入屬性。

### Error Detection and Reporting
* 以下為編譯時常見的錯誤。
* Lexical: 出現看不懂、未定義的字元或是字元無法組成合法的token。
* 例如：`int @123`
* Syntax: token無法組成合法語句。
* 例如：`int if = 0`
* Semantic: 包含很多錯誤，最常見為型別錯誤。
* 例如：`int a = b + c`，但`b`屬於陣列

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