c編譯器尤為重要，缺乏c編譯器，很多應(yīng)用將無法運(yùn)行。此外，沒有c編譯器，很多系統(tǒng)同樣無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在很多朋友眼里，對c編譯器充滿疑惑，如c編譯器是c語言編寫的，那么第一個c編譯器是如何而來呢?如果你對這個問題同樣不太了解，不妨一起來看下哦。
當(dāng)今幾乎絕大部分實用的編譯器/解釋器(以下統(tǒng)稱編譯器)都是用C語言編寫的。有一些語言比如Clojure，Jython等是基于JVM或者說是用Java實現(xiàn)的，IronPython等是基于.NET實現(xiàn)的。但是Java和C#等本身也要依靠C/C++來實現(xiàn)，等于是間接調(diào)用了C。所以衡量某種高級語言的可移植性其實就是在討論ANSI/ISO C的移植性。C語言是很低級的語言，很多方面都近似于匯編語言，在《Intel 32位匯編語言程序設(shè)計》一書中，甚至介紹了手工把簡單的C語言翻譯成匯編的方法。對于編譯器這種系統(tǒng)軟件，用C語言來編寫是很自然不過的，即使是像Python這樣的高級語言依然在底層依賴于C語言。舉Python的例子是因為Intel的黑客正在嘗試讓Python不需要操作系統(tǒng)就能運(yùn)行——實際上是免去了BIOS上的一次性C代碼。現(xiàn)在的學(xué)生，學(xué)過編譯原理后，只要有點編程能力的都可以實現(xiàn)一個功能簡單的類C語言編譯器。可是問題來了，不知道你有沒有想過，大家都用C語言或基于C語言的語言來寫編譯器，那么世界上第一個C語言編譯器又是怎么編寫的呢?這不是一個“雞和蛋”的問題……
讓我們回顧一下C語言歷史：1970年Tomphson和Ritchie在BCPL(一種解釋型語言)的基礎(chǔ)上開發(fā)了B語言，1973年又在B語言的基礎(chǔ)上成功開發(fā)出了現(xiàn)在的C語言。
在C語言被用作系統(tǒng)編程語言之前，Tomphson也用過B語言編寫過操作系統(tǒng)。可見在C語言實現(xiàn)以前，B語言已經(jīng)可以投入實用了。因此第一個C語言編譯器的原型完全可能是用B語言或者混合B語言與PDP匯編語言編寫的。
可能有不少人知道，B語言的執(zhí)行效率比較低，但是如果全部用匯編語言來編寫，不僅開發(fā)周期長、維護(hù)難度大，更可怕的是失去了高級程序設(shè)計語言必需的移植性。給一張圖讓大家感受一下這的差別：?
所以早期的C語言編譯器就采取了一個取巧的辦法：先用匯編語言編寫一個C語言的一個子集的編譯器，再通過這個子集去遞推完成完整的C語言編譯器。詳細(xì)的過程如下：
先創(chuàng)造一個只有C語言最基本功能的子集，記作C0語言，C0語言已經(jīng)足夠簡單了，可以直接用匯編語言編寫出C0的編譯器。依靠C0已有的功能，設(shè)計比C0復(fù)雜，但仍然不完整的C語言的又一個子集C1語言。
其中C0屬于C1，C1屬于C，用C0開發(fā)出C1語言的編譯器。在C1的基礎(chǔ)上設(shè)計C語言的又一個子集C2語言，C2語言比C1復(fù)雜，但是仍然不是完整的C語言，開發(fā)出C2語言的編譯器……如此直到CN，CN已經(jīng)足夠強(qiáng)大了，這時候就足夠開發(fā)出完整的C語言編譯器的實現(xiàn)了。
至于這里的N是多少，這取決于你的目標(biāo)語言(這里是C語言)的復(fù)雜程度和程序員的編程能力——簡單地說，如果到了某個子集階段，可以很方便地利用現(xiàn)有功能實現(xiàn)C語言時，那么你就找到N了。
下面的圖說明了這個抽象過程：
C語言
CN語言
……
C0語言
匯編語言
機(jī)器語言
那么這種大膽的子集簡化的方法，是怎么實現(xiàn)的，又有什么理論依據(jù)呢?
先介紹一個概念，“自編譯”Self-Compile，也就是對于某些具有明顯自舉性質(zhì)的強(qiáng)類型(所謂強(qiáng)類型就是程序中的每個變量必須聲明類型后才能使用，比如C語言，相反有些腳本語言則根本沒有類型這一說法)編程語言，可以借助它們的一個有限小子集，通過有限次數(shù)的遞推來實現(xiàn)對它們自身的表述，這樣的語言有C、Pascal、Ada等等，至于為什么可以自編譯，可以參見清華大學(xué)出版社的《編譯原理》，書中實現(xiàn)了一個Pascal的子集的編譯器?？傊?，已經(jīng)有計算機(jī)科學(xué)家證明了，C語言理論上是可以通過上面說的CVM的方法實現(xiàn)完整的編譯器的，那么實際上是怎樣做到簡化的呢?
這張圖是不是有點熟悉?對了就是在講虛擬機(jī)的時候見到過，不過這里是CVM(C Language Virtual Machine)，每種語言都是在每個虛擬層上可以獨(dú)立實現(xiàn)編譯的，并且除了C語言外，每一層的輸出都將作為下一層的輸入(最后一層的輸出就是應(yīng)用程序了)，這和滾雪球是一個道理。用手(匯編語言)把一小把雪結(jié)合在一起，一點點地滾下去就形成了一個大雪球，這大概就是所謂的0生1，1生C，C生萬物吧?
下面是C99的關(guān)鍵字：
auto enum restrict unsigned
break extern return void
case float short volatile
char for signed while
const goto sizeof _Bool
continue if static _Complex
default inline struct _Imaginary
do int switch
double long typedef
else register union
//共37個
仔細(xì)看看，其實其中有很多關(guān)鍵字是為了幫助編譯器進(jìn)行優(yōu)化的，還有一些是用來限定變量、函數(shù)的作用域、鏈接性或者生存周期(函數(shù)沒有)的，這些在編譯器實現(xiàn)的早期根本不必加上，于是可以去掉auto, restrict, extern, volatile, const, sizeof, static, inline, register, typedef，這樣就形成了C的子集，C3語言，C3語言的關(guān)鍵字如下：
enum unsigned
break return void
case float short
char for signed while
goto _Bool
continue if _Complex
default struct _Imaginary
do int switch
double long
else union
//共27個
再想一想，發(fā)現(xiàn)C3中其實有很多類型和類型修飾符是沒有必要一次性都加上去的，比如三種整型，只要實現(xiàn)int就行了，因此進(jìn)一步去掉這些關(guān)鍵詞，它們是：unsigned, float, short, char(char 是 int), signed, _Bool, _Complex, _Imaginary, long，這樣就形成了我們的C2語言，C2語言關(guān)鍵字如下：
enum
break return void
case
for while
goto
continue if
default struct
do int switch
double
else union
//共18個
繼續(xù)思考，即使是只有18個關(guān)鍵字的C2語言，依然有很多高級的地方，比如基于基本數(shù)據(jù)類型的復(fù)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，另外我們的關(guān)鍵字表中是沒有寫運(yùn)算符的，在C語言中的復(fù)合賦值運(yùn)算符->、運(yùn)算符的++、– 等過于靈活的表達(dá)方式此時也可以完全刪除掉，因此可以去掉的關(guān)鍵字有：enum, struct, union，這樣我們可以得到C1語言的關(guān)鍵字：
break return void
case
for while
goto
continue if
default
do int switch
double
else
//共15個
接近完美了，不過最后一步手筆自然要大一點。這個時候數(shù)組和指針也要去掉了，另外C1語言其實仍然有很大的冗雜度，比如控制循環(huán)和分支的都有多種表述方法，其實都可簡化成一種，具體的來說，循環(huán)語句有while循環(huán)，do…while循環(huán)和for循環(huán)，只需要保留while循環(huán)就夠了;分支語句又有if…{}, if…{}…else, if…{}…else if…, switch，這四種形式，它們都可以通過兩個以上的if…{}來實現(xiàn)，因此只需要保留if,…{}就夠了?？墒窃僖幌?，所謂的分支和循環(huán)不過是條件跳轉(zhuǎn)語句罷了，函數(shù)調(diào)用語句也不過是一個壓棧和跳轉(zhuǎn)語句罷了，因此只需要goto(未限制的goto)。因此大膽去掉所有結(jié)構(gòu)化關(guān)鍵字，連函數(shù)也沒有，得到的C0語言關(guān)鍵字如下：
break void
goto
int
double
//共5個
這已經(jīng)是簡約的極致了。
只有5個關(guān)鍵字，已經(jīng)完全可以用匯編語言快速的實現(xiàn)了。通過逆向分析我們還原了第一個C語言編譯器的編寫過程，也感受到了前輩科學(xué)家們的智慧和勤勞!我們都不過是巨人肩膀上的灰塵罷了!0生1，1生C，C生萬物，實在巧妙!
以上便是此次小編帶來的“c編譯器”相關(guān)內(nèi)容，希望大家對本文講解的內(nèi)容具備一定的認(rèn)知。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!
下載文檔
