Chương trình dịch có mấy loại? Các giai đoạn của trình biên dịch là gì?

Trong bài viết này, hãy cùng Comdy tìm hiểu về khái niệm chương trình dịch, tìm hiểu chương trình dịch có mấy loại và các giai đoạn của trình biên dịch là gì nhé.

Chương trình dịch là gì?

Chương trình dịch là gì
Các chương trình dịch có thể thực hiện dịch qua nhiều loại nội dung, bao gồm văn bản, hình ảnh, video, và nhiều định dạng khác

Chương trình dịch là một loại phần mềm hoặc hệ thống tự động có khả năng chuyển đổi văn bản hoặc nội dung từ một ngôn ngữ sang ngôn ngữ khác. Mục tiêu chính của chương trình dịch là cung cấp một bản dịch có nghĩa và hiểu được của nội dung gốc mà không cần sự can thiệp của con người.

Các chương trình dịch có thể thực hiện dịch qua nhiều loại nội dung, bao gồm văn bản, hình ảnh, video, và nhiều định dạng khác. Các phần mềm dịch thông thường sử dụng các phương pháp máy học, học máy, và xử lý ngôn ngữ tự nhiên để hiểu và tạo ra các bản dịch chất lượng.

Các ứng dụng của chương trình dịch rất đa dạng, từ hỗ trợ giao tiếp giữa người nói các ngôn ngữ khác nhau, đến việc dịch tài liệu, email, trang web, và nhiều hình thức thông tin khác.

Chương trình dịch có mấy loại?

Chương trình dịch sẽ có 2 loại đó là thông dịch và biên dịch. Cụ thể:

Thông dịch

Chương trình thông dịch sẽ lần lượt dịch, thực hiện từng câu lệnh. Kiểu chương trình dịch này thích hợp cho môi trường đối thoại giữa người với hệ thống. Nếu như một câu lệnh nào đó phải thực hiện bao nhiêu lần thì nó phải dịch được tương ứng bấy nhiêu lần.

Biên dịch

Biên dịch sẽ thực hiện qua 2 bước đó là:

Duyệt, phát hiện lỗi, kiểm tra tính đúng đắn của các câu lệnh trong chương trình nguồn.

Dịch toàn bộ chương trình nguồn thành chương trình đích có thể thực hiện được ở trên máy, có thể lưu trữ để dùng lại khi cần thiết.

Trong môi trường làm việc trên một ngôn ngữ lập trình cụ thể thì ngoài chương trình dịch còn có một số thành phần chức năng khác. Ví dụ như biên soạn, lưu trữ và tìm kiếm.

Các giai đoạn của trình biên dịch là gì?

Các giai đoạn của trình biên dịch là gì
Có 6 giai đoạn trong một trình biên dịch

Trình biên dịch hoạt động trong các giai đoạn khác nhau, mỗi giai đoạn biến đổi chương trình nguồn từ hình thức này sang hình thức khác. Mỗi giai đoạn lấy đầu vào từ giai đoạn trước của nó và đưa đầu ra của nó sang giai đoạn tiếp theo của trình biên dịch.

Có 6 giai đoạn trong một trình biên dịch. Mỗi giai đoạn này giúp chuyển đổi ngôn ngữ cấp cao thành mã máy. Các giai đoạn của trình biên dịch là:

  • Phân tích từ vựng.
  • Phân tích cú pháp.
  • Phân tích ngữ nghĩa.
  • Trình tạo mã trung gian.
  • Tối ưu mã.
  • Trình tạo mã.

Tất cả các giai đoạn này chuyển đổi mã nguồn bằng cách chia thành các mã thông báo, tạo cây phân tích cú pháp và tối ưu hóa mã nguồn theo các giai đoạn khác nhau.

Giai đoạn 1: Phân tích từ vựng

Phân tích từ vựng là giai đoạn đầu tiên khi trình biên dịch quét mã nguồn. Quá trình này có thể từ trái sang phải, theo từng ký tự và nhóm các ký tự này thành các mã thông báo.

Ở đây, dòng ký tự từ chương trình nguồn được nhóm thành các chuỗi có ý nghĩa bằng cách xác định các mã thông báo. Nó nhập các nhãn tương ứng vào bảng ký hiệu và chuyển mã thông báo đó sang giai đoạn tiếp theo.

Các chức năng chính của giai đoạn này là:

  • Xác định các đơn vị từ vựng trong mã nguồn.
  • Phân loại các đơn vị từ vựng trong các lớp như hằng, từ khóa riêng và nhập chúng vào các bảng khác nhau. Nó sẽ bỏ qua các comment trong chương trình nguồn.
  • Xác định mã thông báo không phải là một phần của ngôn ngữ.

Ví dụ:

x = y + 10

Mã thông báo sẽ là:

X Định danh
= Toán tử gán
Y Định danh
+ Toán tử cộng
10 Số

Giai đoạn 2: Phân tích cú pháp

Giai đoạn 2_ Phân tích cú pháp
Mục đích chính của giai đoạn phân tích cú pháp là đảm bảo rằng mã nguồn được lập trình viên viết là chính xác hay không

Phân tích cú pháp là khám phá tất cả cấu trúc trong mã. Nó xác định xem một văn bản có tuân theo định dạng hay không. Mục đích chính của giai đoạn này là đảm bảo rằng mã nguồn được lập trình viên viết là chính xác hay không.

Phân tích cú pháp dựa trên các quy tắc dựa trên ngôn ngữ lập trình cụ thể bằng cách xây dựng cây phân tích với sự trợ giúp của các mã thông báo. Nó cũng xác định cấu trúc của ngôn ngữ nguồn và ngữ pháp hoặc cú pháp của ngôn ngữ.

Dưới đây là danh sách các nhiệm vụ được thực hiện trong giai đoạn này:

  • Lấy mã thông báo từ trình phân tích từ vựng.
  • Kiểm tra xem biểu thức có đúng về mặt cú pháp hay không.
  • Báo cáo tất cả các lỗi cú pháp.
  • Xây dựng một cấu trúc phân cấp được gọi là cây phân tích cú pháp.

Ví dụ:

Bất kỳ định danh / số là một biểu thức

Nếu x là định danh và y + 10 là biểu thức thì x = y + 10 là câu lệnh.

Xem xét cây phân tích cho ví dụ sau:

(a + b) * c

Trong cây phân tích:

  • Nút bên trong: lưu trữ thông tin toán tử.
  • Nút lá: lưu trữ thông tin toán hạng.
  • Đảm bảo rằng các thành phần của chương trình khớp với nhau một cách có ý nghĩa.
  • Tập hợp thông tin kiểu dữ liệu và kiểm tra tính tương thích của kiểu dữ liệu.
  • Kiểm tra toán hạng được cho phép bởi ngôn ngữ nguồn.

Giai đoạn 3: Phân tích ngữ nghĩa

Giai đoạn 3_ Phân tích ngữ nghĩa
Giai đoạn 3 sử dụng cây cú pháp của pha trước cùng với bảng ký hiệu để xác minh rằng mã nguồn đã cho là phù hợp về mặt ngữ nghĩa

Phân tích ngữ nghĩa kiểm tra tính nhất quán ngữ nghĩa của mã. Nó sử dụng cây cú pháp của pha trước cùng với bảng ký hiệu để xác minh rằng mã nguồn đã cho là phù hợp về mặt ngữ nghĩa. Nó cũng kiểm tra xem mã có truyền đạt ý nghĩa thích hợp hay không.

Trình phân tích ngữ nghĩa sẽ kiểm tra các kiểu dữ liệu không khớp, toán hạng không tương thích, một hàm được gọi với các đối số không chính xác, một biến không được khai báo, v.v.

Chức năng của giai đoạn phân tích ngữ nghĩa là:

  • Giúp bạn lưu trữ thông tin kiểu dữ liệu được thu thập và lưu nó trong bảng ký hiệu hoặc cây cú pháp.
  • Cho phép bạn thực hiện kiểm tra kiểu dữ liệu.
  • Trong trường hợp kiểu dữ liệu không khớp, một lỗi ngữ nghĩa được đưa ra.
  • Thu thập thông tin kiểu dữ liệu và kiểm tra tính tương thích của kiểu dữ liệu.
  • Kiểm tra xem ngôn ngữ nguồn có cho phép toán hạng hay không.

Ví dụ

float x = 20.2;
float y = x * 30;

Trong đoạn mã trên, bộ phân tích ngữ nghĩa sẽ ép kiểu số nguyên 30 thành kiểu float 30.0 trước khi thực hiện phép nhân.

Giai đoạn 4: Tạo mã trung gian

Sau khi giai đoạn phân tích ngữ nghĩa hoàn tất, trình biên dịch tạo mã trung gian cho máy đích. Nó tạo ra một chương trình cho một số máy trừu tượng.

Mã trung gian nằm giữa ngôn ngữ cấp cao và ngôn ngữ máy. Mã trung gian này cần được tạo theo cách giúp dễ dàng dịch mã sang mã máy đích bất kỳ.

Hoạt động tạo mã trung gian:

  • Nó nên được tạo từ ngữ nghĩa của chương trình nguồn.
  • Giữ các giá trị được tính toán trong quá trình dịch.
  • Giúp bạn dịch mã trung gian sang ngôn ngữ đích.
  • Cho phép bạn duy trì thứ tự ưu tiên của ngôn ngữ nguồn.
  • Nó giữ đúng số toán hạng của lệnh.

Ví dụ:

total = count + rate * 5

Mã trung gian với sự trợ giúp của phương pháp mã địa chỉ là:

t1 := int_to_float(5) 
t2 := rate * t1 
t3 := count + t2
total := t3

Giai đoạn 5: Tối ưu mã

Giai đoạn 5_ Tối ưu mã
Giai đoạn tối ưu mã loại bỏ dòng mã không cần thiết và sắp xếp chuỗi các câu lệnh để tăng tốc độ thực hiện chương trình

Giai đoạn tiếp theo là tối ưu mã hoặc mã trung gian. Giai đoạn này loại bỏ dòng mã không cần thiết và sắp xếp chuỗi các câu lệnh để tăng tốc độ thực hiện chương trình mà không lãng phí tài nguyên.

Mục tiêu chính của giai đoạn này là cải thiện mã trung gian để tạo mã chạy nhanh hơn và chiếm ít không gian hơn.

Các chức năng chính của giai đoạn này là:

  • Nó giúp bạn thiết lập sự đánh đổi giữa tốc độ thực thi và tốc độ biên dịch.
  • Cải thiện thời gian chạy của chương trình đích.
  • Loại bỏ mã không thể truy cập và loại bỏ các biến không sử dụng.
  • Xóa các câu lệnh không bị thay đổi khỏi vòng lặp

Ví dụ:

Hãy xem đoạn mã sau đây:

a = intofloat(10)
b = c * a
d = e + b
f = d

Có thể trở thành:

b = c * 10.0
f = e + b

Giai đoạn 6: Tạo mã

Tạo mã là giai đoạn cuối cùng và cuối cùng của trình biên dịch. Nó nhận đầu vào từ giai đoạn tối ưu hóa mã và tạo ra mã hợp ngữ hoặc mã đối tượng. Mục tiêu của giai đoạn này là phân bổ lưu trữ và tạo mã máy.

Nó cũng phân bổ các vị trí bộ nhớ cho biến. Các chỉ thị trong mã trung gian được chuyển đổi thành mã máy. Giai đoạn này chuyển đổi mã tối ưu hóa hoặc mã trung gian vào ngôn ngữ đích.

Ngôn ngữ đích là mã máy. Do đó, tất cả các vị trí bộ nhớ và thanh ghi cũng được chọn và phân bổ trong giai đoạn này. Mã được tạo bởi giai đoạn này được thực thi để lấy đầu vào và tạo đầu ra dự kiến.

Ví dụ:

a = b + 60.0

Có thể được dịch sang hợp ngữ.

MOVF a, R1
MULF #60.0, R2
ADDF R1, R2

Sự khác nhau giữa trình biên dịch và trình thông dịch là gì?

Khác nhau giữa trình biên dịch và trình thông dịch
Sự khác nhau giữa trình biên dịch và trình thông dịch là gì?

Trình biên dịch (compiler) và trình thông dịch (interpreter) là hai loại công cụ phần mềm được sử dụng trong quá trình triển khai mã nguồn của chương trình. Dưới đây là mô tả về sự khác nhau giữa chúng:

Trình biên dịch (Compiler)

  • Quá trình chuyển đổi: Trình biên dịch chuyển đổi toàn bộ mã nguồn của chương trình từ ngôn ngữ lập trình thành mã máy hoặc mã trung gian (intermediate code) một lần duy nhất.
  • Tạo file thực thi: Sau khi biên dịch, một file thực thi độc lập với mã nguồn được tạo ra, và chương trình có thể được thực thi mà không cần trình biên dịch.
  • Hiệu suất: Thường có hiệu suất tốt hơn so với trình thông dịch vì mã máy đã được tối ưu hóa và lưu trữ trong file thực thi.

Trình thông dịch (Interpreter)

  • Quá trình thực thi: Trình thông dịch đọc và thực thi mã nguồn một dòng hoặc một khối mã tại một thời điểm. Không tạo ra một file thực thi độc lập.
  • Khả năng gỡ lỗi (debugging): Thường có khả năng gỡ lỗi tốt hơn, vì nó có thể thực thi từng phần nhỏ của mã nguồn và dừng lại khi có lỗi.
  • Hiệu suất: Thường có hiệu suất thấp hơn so với trình biên dịch, vì quá trình thực thi diễn ra tại thời điểm chương trình chạy.

Quản lý bảng ký hiệu trong trình biên dịch

Quản lý bảng ký hiệu trong trình biên dịch
Một bảng ký hiệu chứa một bản ghi cho mỗi mã định danh với các trường cho các thuộc tính của mã định danh

.

Thành phần này giúp trình biên dịch dễ dàng tìm kiếm bản ghi định danh và truy xuất nó nhanh chóng.

Bảng ký hiệu cũng giúp bạn quản lý phạm vi. Bảng ký hiệu và trình xử lý lỗi tương tác với tất cả các giai đoạn và bảng ký hiệu cập nhật tương ứng.

Xử lý lỗi trong trình biên dịch

Trong quá trình thiết kế trình biên dịch, lỗi có thể xảy ra trong tất cả các giai đoạn dưới đây:

  • Phân tích từ vựng: Mã thông báo sai chính tả.
  • Phân tích cú pháp: Thiếu dấu ngoặc đơn.
  • Trình tạo mã trung gian: Toán hạng không khớp cho toán tử.
  • Trình tối ưu hóa mã: Khi không thể truy cập câu lệnh.
  • Trình tạo mã: Câu lệnh không thể truy cập
  • Bảng ký hiệu: Lỗi của các định danh được khai báo.

Các lỗi phổ biến nhất là chuỗi ký tự không hợp lệ khi quét, chuỗi mã thông báo không hợp lệ về kiểu dữ liệu, lỗi phạm vi và phân tích cú pháp trong phân tích ngữ nghĩa.

Lỗi có thể gặp phải trong bất kỳ giai đoạn nào ở trên. Sau khi tìm thấy lỗi, giai đoạn cần xử lý các lỗi để tiếp tục quá trình biên dịch. Những lỗi này cần được báo cáo cho bộ xử lý lỗi xử lý lỗi để thực hiện quá trình biên dịch. Nói chung, các lỗi được báo cáo dưới dạng thông điệp.

Kết lại

Trên đây là toàn bộ chia sẻ của Comdy về khái niệm chương trình dịch và các giai đoạn của trình biên dịch. Hi vọng những chia sẻ trong bài viết này là bổ ích và có ý nghĩa với mọi người. Xin cám ơn vì đã theo dõi, ủng hộ.

 

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *