Краткий и бодрый обзор архитектуры компиляторов

Интерпретатор C / C++ Ch Embeddable (стандартная версия)

Интерпретатор C / C++, поддерживающий стандарт ISO 1990 C (C90), основные функции C99, классы C++, а также расширения к языку С, такие как вложенные функции, строковый тип и т. д. Он может быть встроен в другие приложения и аппаратные средства, использоваться в качестве языка сценариев. Код C / C++ интерпретируется напрямую без компиляции промежуточного кода. Поскольку этот интерпретатор поддерживает Linux, Windows, MacOS X, Solaris и HP-UX, созданный вами код можно перенести на любую из этих платформ. Стандартная версия бесплатна для личного, академического и коммерческого использования. Для загрузки пакета необходимо зарегистрироваться.

Следующие шаги

Этот пример «Hello, World» является самой простой программой C++. Реальные программы обычно имеют файлы заголовков, дополнительные исходные файлы и ссылки на библиотеки.

Вы можете использовать шаги, описанные в этом пошаговом руководстве по C++, для создания собственного кода, чтобы не вводить приведенный пример. Эти шаги также позволяют собрать множество примеров кода C++, которые можно найти в других местах. Вы можете разместить исходный код и собрать приложения в любом доступном для записи каталоге. По умолчанию интегрированная среда разработки Visual Studio создает проекты в папке пользователя во вложенной папке source\repos. Более старые версии могут помещать проекты в папку Документы\Visual Studio <version>\ Проекты*.

Чтобы скомпилировать программу с дополнительными файлами исходного кода, введите их все в командной строке, например:

Параметр командной строки указывает компилятору на необходимость стандартной обработки исключений C++. В противном случае созданные исключения могут привести к неуничтоженным объектам и утечкам ресурсов. Дополнительные сведения см. в статье /EH (модель обработки исключений).

При указании дополнительных исходных файлов компилятор использует первый входной файл для создания имени программы. В этом случае выводится программа с именем file1.exe. Чтобы изменить имя на program1.exe, добавьте параметр компоновщика /out:

Чтобы автоматически перехватывать другие ошибки программирования, рекомендуется выполнить компиляцию с помощью порога предупреждений /W3 или /W4:

В компиляторе cl.exe есть множество дополнительных параметров. Их можно применять для создания, оптимизации, отладки и анализа кода. Чтобы просмотреть краткий список, введите в командной строке разработчика. Можно также выполнять компиляцию и компоновку отдельно и применять параметры компоновщика в более сложных сценариях сборки. Дополнительные сведения о параметрах и использовании компилятора и компоновщика см. в справочнике по сборке для C/C++.

Для настройки и создания более сложных проектов в командной строке можно использовать NMAKE и файлы makefile, MSBuild и файл проекта или CMake. Дополнительные сведения об использовании этих средств см. в разделах Справочник по NMAKE, MSBuild и Проекты CMake в Visual Studio.

Языки C и C++ похожи, но имеют различия. Компилятор MSVC использует простое правило для определения языка, используемого при компиляции кода. По умолчанию компилятор MSVC рассматривает файлы с расширением как исходные файлы на языке С, а файлы с расширением  — как исходные файлы на языке С++. Если указан параметр компилятора /TP, компилятор будет рассматривать все файлы как исходные файлы на языке С++ вне зависимости от расширения.

Компилятор MSVC содержит библиотеку времени выполнения C (CRT), которая соответствует стандарту ISO C99 с небольшими исключениями. Переносимый код обычно компилируется и выполняется, как ожидалось. Некоторые устаревшие функции библиотеки и несколько имен функций POSIX не рекомендуется использовать в компиляторе MSVC. Функции поддерживаются, но предпочтительные имена изменились. Дополнительные сведения см. в статьях Функции безопасности в CRT и Предупреждение компилятора (уровень 3) C4996.

Update 2/18/19

There’s one more thing you need to decide on: whether to target 32-bit or 64-bit assembly. This series uses 32-bit architecture because that’s what Ghuloum’s paper used. However, I’ve realized since starting the series that this was a bad call. Because 32-bit architecture is increasingly obsolete, compiling and running 32-bit binaries can be a headache. I’ve decided to go back and add 64-bit examples to this series when I get the chance. Until I do that, you have one of two options:

1. Figure out on your own how to adapt these posts to a 64-bit instruction set. If you’re at all familiar with assembly, this isn’t too hard and it’s what I’d recommend.

2. Stick with the 32-bit instruction set I’ve used in these posts. This will require a little extra work up front, depending on your OS:

   • On Linux, you’ll need to install some extra libraries in order to turn your 32-bit assembly into an executable. This Dockerfile lists the libraries you’ll need (plus some Scheme-related stuff you can ignore). Many thanks to Jaseem Abid, who had previously worked through Ghuloum’s paper, for creating this Dockerfile and telling me about it.

   • 32-bit support is being phased out on macOS, and the next version probably won’t let you run 32-bit binaries at all. At the moment, the binary that ships with XCode won’t compile 32-bit applications by default. You can just install GCC from Homebrew and use that instead, or you can futz around with XCode and figure out how to make it build 32-bit binaries. I went with the former.

Week 1: Integers

This week, we’ll compile a program that returns a single integer. We’ll also set up the three basic passes of our compiler. This will be a lot of work for not that much payoff, but the architecture we define now will make it easy to add more language features later on.

Here’s a program we’d like to compile — we’ll call it return_2.c:

We’ll only handle programs with a single function, , consisting of a single return statement. The only thing that varies is the value of the integer being returned. We won’t handle hex or octal integer literals, just decimal. To verify that your compiler works correctly, you’ll need to compile a program, run it, and check its return code:

Your compiler will produce x86 assembly. We won’t transform the assembly into an executable ourselves — that’s the job of the assembler and linker, which are separate programs. To see how this program looks in assembly, let’s compile it with gcc:

Now, let’s look at the assembly itself. We can ignore the , and directives — if you delete them, you can still assemble and run return_2.s. indicates that the symbol should be visible to the linker; otherwise it can’t find the entry point to the program. (If you’re on a Unix-like system other than OS X, this symbol will just be , no underscore.)

Finally, we have our actual assembly instructions:

The most important point here is that when a function returns, the EAX register will contain its return value. The function’s return value will be the program’s exit code.

An important side note: throughout this tutorial, I’ll use AT&T assembly syntax, because that’s what GCC uses by default. Some online resources might use Intel syntax, which has operands in the reverse order from AT&T syntax. Whenever you’re reading assembly, make sure you know what syntax it’s using!

The only thing that can change in the snippet of assembly above is the return value. So one very simple approach would be to use a regular expression to extract the return value from the source code, then plug it into the assembly. Here’s a 20-line Python script to do that:

But parsing the whole program with one big regular expression isn’t a viable long-term strategy. Instead, we’ll split up the compiler into three stages: lexing, parsing, and code generation. As far as I know, this is a pretty standard compiler architecture, except you’d normally want a bunch of optimization passes between parsing and code generation.

Putting it all together

Task:

Write a program that accepts a C source file and outputs an executable. The program should:

1. Read in the file
2. Lex it
3. Parse it
4. Generate assembly
5. Write the assembly to a file

6. Invoke GCC command to convert the assembly to an executable:

   In this command, “assembly.s” is the name of the assembly file and “out” is the name of the executable you want to generate. The option tells GCC to build a 32-bit binary. You can omit that option and build 64-bit binaries if you want, but you’ll need to make some changes to the code generation steps later on (e.g. using 64-bit registers).

7. (Optional) Delete the assembly file.

Функция sum(a: int, b: int)

Итак, у нас получилось скомпилировать python, и мы разобрались с тем, как это работает, а также увидели определенную неэффективность полученного результата. Теперь попробуем разобраться в том, как можно это улучшить. Очевидно, что основная проблема заключается во множественном взаимодействии CPython — Extension. Но как это побороть? 

Для повышения эффективности, нужно, чтобы расширение, получив управление, могло как можно дольше оставлять его у себя без обращения к CPython. Если бы у mypyc была информация о типах переменных, то он бы мог самостоятельно произвести сложение без возврата управления. Но вывести типы самостоятельно mypyc не может, он даже не контролирует код, из которого осуществляется вызов функции sum. Соответственно, ему нужно помочь, проставив аннотации вручную. Давайте посмотрим, как поменяется результирующая С-функция, если добавить аннотацию типов:

Скомпилированный результат на C (немного очищенный):

Главное, что можно заметить: функция существенно поменялась, а значит, компилятор реагирует на появление аннотации. Давайте разбираться, что изменилось. 

Теперь CPyDef_sum получает на вход не указатели на PyObject, а структуры CPyTagged. Это все еще не int, но уже и не часть CPython, а часть библиотек mypyc, которую он добавляет в скомпилированный код расширения. Для ее инициализации в рантайме сначала проверяется тип, так что теперь функция sum работает только с int и обойти аннотацию не получится.

Далее происходит вызов CPyTaggetAdd вместо PyNumber_Add. Это уже внутренняя функция mypyc. Если заглянуть в CPyTaggetAdd, то можно понять, что там происходит проверка диапазонов значений a и b, и если они укладываются в int, то происходит простое суммирование, а также проверка на переполнение:

Таким образом, наш диалог CPython — Extension превращается из абсурдного в нормальный:

Установка MinGW

Для установки требуется подключение к сети интернет.

Запустите установщик, он скачает и установит все необходимые файлы.

Жмите «Next».

Диалог сообщает нам, что программа запущена администратором компьютера и будет установлена для всех пользователей.

На этом этапе укажем загружать последнюю версию программного обеспечения.

Соглашаемся с условиями лицензионного соглашения и жмём «Next».

Укажем путь для установки. Не рекомендуется устанавливать в директорию или субдиректорию имеющюю в своём имени пробелы.

Рзмещайте все файлы по стандартному пути, например, «C:\MinGW».

Настройка ярлыков, можно оставить как есть и нажать «Next».

Выбор компонентов для установки.

В данном случае выбраны компилятор С и С++, инструменты для разработки и комплект утилит командной строки — MSYS.

Подтверждение настроек.

Если всё выбрано правильно, жмём «Install».

Начало установки — ожидаем начала загрузки компонентов.

Автоматически запускается консольное окно, в котором отражается весь ход процесса — в данный момент загружаются списки пакетов.

В следующем окне мы можем наблюдать за прогрессом загрузки.

Установка окончена, если вы не хотите читать подробный отчёт о процессе установки, снимите галочку.

Закройте окно установщика — нажмите «Finish».

Проверим, готова ли операционная система для полноценной работы с MinGW. В свойствах компьютера на вкладке «Дополнительно» кликните по кнопке «Переменные среды».

Нам потребуется значение переменной PATH, там должны быть прописаны пути к папкам с исполняемыми файлами MinGW и MSYS, в данном случае это директории «C:\MinGW\bin» и «C:\MinGW\msys\1.0\bin».

Если эти значения не были автоматически добавлены в переменную в процессе установки, допишите их вручную, добавте в начало строку «C:\MinGW\bin;C:\MinGW\msys\1.0\bin;», только без кавычек.

Если в вашей операционной системе отсутствует переменная PATH, то создайте её самостоятельно.

Теперь, когда все инструменты установлены, можно использовать GCC компиляторы в режиме командной строки или настроить их использование в своей IDE.

Описание и рекомендации

Code::Blocks – интегрированная среда разработки (IDE) для создания программных продуктов на языках C, C++, Fortran. Система полностью конфигурируема, масштабируется подключением автономных модулей (плагинов).

Продукт распространяется по лицензии GNU – бесплатно, с открытым исходным кодом. Интерфейс CodeBlocks англоязычный, официальная версия на русском отсутствует.

Разновидности интегрированной среды

Инсталляторы Code::Blocks отличаются не только поддержкой различных ОС.

Разработчики предлагают несколько видов установщика для Windows:

• полный пакет, БЕЗ компилятора, но включающий все плагины;
• non admin – версия для пользователей, не имеющих прав администратора на компьютере;
• no setup – редакция, функционирующая без инсталляции;
• издание, содержащее дополнительный GCC компилятор и средства отладки под MinGW-проекты.

Все установщики имеют отдельные релизы для архитектуры 32-bit. Инсталляторы без маркировки разрядности выпущены под системы 64-bit. Важный нюанс, Portable выпуск Code::Blocks можно скачать в двух вариациях. Один архив содержит компилятор MinGW, второй – нет. Аналогичная ситуация с инсталлятором для полной редакции.

CodeBlocks с компилятором C/C++

Интегрированная среда содержит инструменты отладки и перевода программных строк в машинный код.

Версия IDE с компилятором C может включать несколько модулей от различных разработчиков:

• MinGW;
• Microsoft Visual C++;
• Digital Mars;
• Watcom;
• Borland C++;
• CDCC – плагин под микроконтроллеры;
• Intel C++;
• Clang.

Дополнительно в IDE может присутствовать компилятор Digital Mars D, инструменты для создания исполняемых файлов с кода на языках программирования Fortran, GDC, а также архитектуры ARM. Допускается импорт проектов Microsoft Visual Studio, Dev-C++.

Отладка и интерфейс

Среда поддерживает инструмент GDB (проект GNU) и стандартный дебаггер всех выпусков Microsoft Visual Studio (MS CDB). Визуализация результатов отладки осуществляется через GNU-профайлер.

При программировании на языке Си, Code::Blocks предлагает воспользоваться инструментом RAD – для быстрой разработки приложений. Это методика наглядного создания пакетов с графическим интерфейсом.

CodeBlocks и русский язык

Официальной версии IDE на русском с компилятором или без него не существует. Это неудивительно, поскольку навыки программирования предполагают знание базовых команд меню на английском.

Дальнейшая инструкция реализуется в 8 шагов:

1. Зайти в корневую директорию программы.
2. Последовательно открыть подкаталоги share, CodeBlocks.
3. Извлечь файл русификатора из архива внутрь каталога, общий путь к файлу будет выглядеть примерно так

   C:\Program Files\CodeBlocks\share\CodeBlocks\locale\ru_RU\codeblocks.mo

4. Открыть IDE.
5. В главном меню последовательно выбрать пункты Settings, Environment.
6. В открывшемся окне перейти на вкладку View.
7. Отметить пункт Internationalization.
8. В активизировавшемся выпадающем меню, расположенном напротив, выбрать Russian.

Чтобы изменения вступили в силу требуется перезапустить среду. Пакет откроется с русскоязычным интерфейсом.

Модули

Мотивация

• Дублирование. При добавлении определения функции в .cpp-файл, нужно добавить объявление в .h-файл. А дублирование порождает ошибки.
• Неочевидный побочный эффект включения заголовочных файлов. В зависимости от порядка расположения два скопированных фрагмента могут влиять друг на друга.
• Функция или класс могут включаться в разные файлы .cpp, разные единицы трансляции. Если вдруг они включились по-разному — например, в этих единицах трансляции определены разные макросы, — нарушится one definition rule. Это серьёзная ошибка.
• Неконсистентность включений. То, что включится из хедера, зависит от макросов, которые определены в момент включения хедера.
• Медленная компиляция. Когда один и тот же хедер целиком включается в разные единицы трансляции, компилятор вынужден его компилировать каждый раз. Кстати, это же касается стандартных библиотек. Например, iostream — это огромный файл, и компилятор вынужден компилировать его со всеми зависимыми единицами трансляции.
• Мы не можем контролировать, что нужно экспортировать, а что — нет. При включении хедера единица трансляции получит всё, что в нём написано, даже если это не предназначено для включения.

• небезопасно;
• повышает время компиляции;
• некрасиво: компилятор никак не обрабатывает процедуру включения, а просто вставляет один текст в другой.

Пользователям Visual Studio

Для создания нового проекта в Visual Studio 2019, вам нужно сначала запустить эту IDE, затем выбрать :

Дальше появится диалоговое окно, где вам нужно будет выбрать из вкладки и нажать :

Также вы можете указать имя проекта (любое) и его расположение (рекомендую ничего не менять) в соответствующих полях.

В текстовом редакторе вы увидите, что уже есть некоторый текст и код — удалите его, а затем напечатайте или скопируйте следующий код:

#include <iostream>

int main()
{
std::cout << «Hello, world!» << std::endl;
return 0;
}

Вот, что у вас должно получиться:

ВАЖНОЕ ПРИМЕЧАНИЕ: Строка требуется только для пользователей Visual Studio 2017. Если вы используете Visual Studio 2019 (или более новую версию), то не нужно писать эту строку вообще

Чтобы запустить программу в Visual Studio, нажмите комбинацию . Если всё хорошо, то вы увидите следующее:

Это означает, что компиляция прошла успешно и результат выполнения вашей программы следующий:

Чтобы убрать строку «…завершает работу с кодом 0…», вам нужно перейти в :

Затем и поставить галочку возле и нажать :

Тогда ваше консольное окно будет выглядеть следующим образом:

Готово! Мы научились компилировать программу в Visual Studio.

Компилятор кода с C# компилятором

В платформа .NET Framework предоставляется интерфейс выполнения компиляторов. Класс реализует этот интерфейс и предоставляет доступ к экземплярам генератора C# и компилятора кода. Следующий пример кода создает экземпляр и использует его для получения ссылки на интерфейс.

После ссылки на интерфейс можно использовать его для компиляции исходных кодов. Вы передаете параметры компилятору с помощью класса. Пример:

В вышеуказанном коде объект использует объект, чтобы сообщить компилятору, что необходимо создать исполняемый файл (в отличие от DLL) и вы хотите вы выводить на диск результативную сборку. Вызов в том месте, где сборка компилироваться. Этот метод принимает объект параметров и исходный код, который является строкой. После компиляции кода можно проверить, были ли ошибки в компиляции. Вы используете возвращаемую ценность от объекта. Этот объект содержит коллекцию ошибок, которая содержит все ошибки, которые произошли во время компиляции.

Существуют другие варианты компиляции, например компиляторинг из файла. Вы также можете пакетной компиляции, что означает, что вы можете компиляции нескольких файлов или источников в то же время.

SharpDevelop IDE

SharpDevelop — это IDE с открытым исходным кодом для проектов на платформе Microsoft .NET. В SharpDevelop возможно программирование на языках C #, VB.NET, F #, IronPython и IronRuby, а также целевые и расширенные возможности: Windows Forms или WPF, а также ASP.NET MVC и WCF.

Может запускаться с USB-накопителя, поставляется с интегрированными инструментальными средствами и инструментами для тестирования производительности, Git, NuGet. Имеет множество функций, которые повышают производительность труда разработчика. Это IDE с открытым исходным кодом, можно свободно скачать исходный код и исполняемые файлы c сайта загрузки. SharpDevelop имеет мощный интегрированный отладчик, включая динамические функции отладки, предоставляет возможность модульного тестирования и анализа кода.

• Поддерживаемые языки программирования
  • C # (Windows Forms Designer)
  • VB.NET (Windows Forms Designer)
  • Boo (Windows Forms Designer)
  • IronPython (Windows Forms Designer)
  • IronRuby (Windows Forms Designer)
  • F#
• Каркасы приложений, Frameworks
  • Windows Presentation Foundation (WPF)
  • Windows Forms
  • ASP.NET MVC
  • Entity Framework (EF EDM Designer)
• Производительность труда разработчиков
  • Функция завершения кода подобная IntelliSense
  • Рефакторинг (пакетное переименование, улучшение структуры кода)
  • Параллельная поддержка сборки для многоядерных машин
  • Поддержка пакетов NuGet и T4
  • Автоматическая вставка кода
  • Запуск с карты памяти USB
  • поддержка чтения проект (Подробнее)
  • Полная поддержка MSBuild (платформа сборки проекта)
• Инструменты
  • Встроенный отладчик (в том числе динамические особенности отладки)
  • Анализ кода
  • Модульное тестирование (NUnit)
  • Встроенная поддержка Git

Проекты, созданные в Visual Studio, вы можете открывать и редактировать в SharpDevelop и наоборот. Бесплатная среда программирования SharpDevelop предназначена для создания и редактирования любительских и коммерческих проектов. Отлично спроектированная среда разработки SharpDevelop может использоваться как альтернатива Visual Studio .NET Community.

Создание кода