Compilers: From Source Code to Machine Code

คอมไพเลอร์คือโปรแกรมที่แปลซอร์สโค้ดที่เขียนด้วยภาษาระดับสูงให้เป็นคำสั่งเครื่องที่โปรเซสเซอร์สามารถประมวลผลได้โดยตรง

การแปลเกิดขึ้นในหลายเฟสที่ชัดเจน โดยแต่ละเฟสรับผิดชอบการวิเคราะห์หรือการแปลงที่เฉพาะเจาะจง

ส่วนหน้า (front end) แยกวิเคราะห์ข้อความซอร์สให้เป็น abstract syntax tree จากนั้นตรวจสอบประเภทและแปลง AST เป็น intermediate representation เช่น LLVM IR

intermediate representation นั้นไม่ขึ้นกับภาษา ซึ่งเป็นเหตุผลที่ภาษาต่าง ๆ หลายภาษาสามารถใช้ตัวเพิ่มประสิทธิภาพ LLVM เดียวกันได้

ส่วนกลาง (middle end) ใช้ชุดของ optimization pass ได้แก่ dead code elimination ที่ลบคำสั่งซึ่งไม่มีการใช้ผลลัพธ์ inlining ที่แทนที่การเรียกใช้ฟังก์ชันด้วยเนื้อหาของฟังก์ชันนั้นเพื่อลด overhead และ loop vectorization ที่เขียนลูปแบบ scalar ใหม่เป็นการดำเนินการ SIMD

ส่วนหลัง (back end) ทำการจัดสรรรีจิสเตอร์ — กำหนด virtual register ให้กับรีจิสเตอร์จริงที่มีจำกัดของ ISA เป้าหมาย — จากนั้นส่งออกคำสั่งเครื่องจริง โดยจัดการ instruction scheduling เพื่อลดการหยุดชะงักของไปป์ไลน์

คอมไพเลอร์ยุคใหม่มีโครงสร้างเป็นส่วนประกอบของเครื่องมือที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ ทั้ง LLVM และ GCC รองรับภาษาต้นทางและสถาปัตยกรรมเป้าหมายหลายสิบรายการโดยใช้โครงสร้างพื้นฐานของตัวเพิ่มประสิทธิภาพร่วมกัน