Roslyn 2: funcionamiento de un compilador

Introducción al funcionamiento de los compiladores antes de profundizar en Roslyn


Roslyn 2: funcionamiento de un compilador

Como comentábamos en el artículo anterior lo que nos ofrece Roslyn son servicios de compilación, es decir una API completa con métodos de acceso a los procesos internos de compilación.

Antes de explicar estos conceptos quizá lo más adecuado sea recordar qué es un compilador y los diferentes procesos de una aplicación de este tipo.

Un compilador es una aplicación que recoge una serie de archivos escritos en un lenguaje de programación y los traduce a una serie de archivos que un ordenador puede ejecutar. A los archivos de entrada los llamamos código fuente. A los archivos de salida los denominamos codigo objeto.

Esquema de un compilador

Aunque cuando hablamos de compiladores éste es el proceso habitual, puede que el código objeto no sea directamente un ejecutable si no un código intermedio como los bytecode de Java o el MSIL de.Net o bien código que un ordenador no puede ejecutar directamente, como por ejemplo los archivos CSS obtenidos al procesar un archivo de SASS. En estos casos solemos hablar de traductores en lugar de compiladores.

De hecho, lo habitual es que en lugar de escribir compiladores que escriban directamene código objeto, se escriban traductores que produzcan código intermedio como fuente para otro traductor que finalmente genera código objeto. Así conseguimos reaprovechar el código, es decir, si tenemos que escribir traductores de los lenguajes A y B al código máquina de los ordenadores Alfa y Beta lo más lógico es escribir el traductor de lenguaje A al código intermedio y el traductor de lenguaje B al código intermedio y posteriormente los traductores de código intermedio al lenguaje máquina Alfa y Beta. Así tenemos procesos que nos permiten traducir de A a Alfa y Beta y de B a Alfa y Beta. Si posteriormente añadimos un traductor de lenguaje C a código intermedio no tenemos que reescribir los traductores a Alfa y Beta. Del mismo modo, si añadimos un traductor de código intermedio al lenguaje máquina Delta no tenemos que modificar los traductores de A, B y C.

Los intérpretes son un caso especial de traductores que no generan código objeto. Lo que hacen es ejecutar las instrucciones del código fuente al mismo tiempo que traducen el código.

Por su parte, si nos centramos en el código fuente todos los lenguajes de programación son lenguajes formales, es decir, lenguajes que definen una gramática normalizada o bien formada que elimina la redundancia y las inconsistencias de los lenguajes no formales como el humano.

Así sabemos que en C # después de un if nos vamos a encontrar con un paréntesis de apertura, una expresión condicional y un paréntesis de cierre. Si en un programa nos encontramos con unas comillas detrás de una instrucción if estamos ante un error sintáctico. Para definir estas reglas se utilizan metodologías como BNF . Una vez definida la gramática BNF de nuestro lenguaje de programación, podemos comenzar a trabajar en nuestro traductor.

Los traductores suelen dividir su trabajo en fases de forma que la salida de una fase se convierte en la entrada de la siguiente. En concreto solemos hablar de cuatro fases:

  • Análisis léxico: en esta fase se recogen uno por uno los caracteres del código fuente y se obtiene una cadena de tokens . Un token es el bloque mínimo de información de una estructura BNF. Así tendremos tokens que identifican un comando if o un paréntesis de apertura o un nombre de variable o una cadena.
  • Análisis sintáctico: la segunda fase del proceso recoge la cadena de tokens y crea un árbol sintáctico con instrucciones. En esta fase se identifican los errores del tipo 'tras un if debe haber un paréntesis de apertura '.
  • Análisis semántico: la última fase del proceso de análisis se dedica a crear un árbol con estructuras complejas agrupando las instrucciones en clases y métodos. En esta fase se identifican además los errores semánticos o de significado del tipo 'no se puede definir un espacio de nombres dentro de una clase '.
  • Generación de código: en esta fase, a partir del árbol semántico del proceso anterior, se crean los archivos de código objeto.

A partir de la fase de análisis sintáctico se crea además una estructura conocida como tabla de símbolos donde se almacenan las diferentes variables y tipos. Por supuesto, también se lleva un control sobre los errores generados en la lectura del código fuente.

En algunos casos además se pasa por una fase de optimización que recoge el código generado y lo procesa siguiendo diferentes métodos para que se ejecute más rápidamente.

En definitiva, podemos decir que un traductor sigue esta estructura básica:

Fases de un compilador

Aparte de la generación de código final, Roslyn nos da acceso al árbol sintáctico y al árbol semántico de nuestro código fuente. Para quien se pregunte qué ocurre con la fase de análisis léxico, la cadena de tokens resultante no ofrece demasiada información útil aunque Roslyn la incluye en ciertos nodos del árbol sintáctico.

Esto será lo que veremos en el próximo artículo. 

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