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编译第一个C程序

当今几乎所有的实用的编译器/解释器(以下统称编译器)都是用C语言编写的,有一些语言比如Clojure,Jython等是基于JVM或者说是用JAVA实现的,IronPython等是基于.NET实现的,但是Java和C#等本身也要依靠C/C++来实现,等于是间接调用了C。所以衡量某种高级语言的可移植性其实就是在讨论ANSI/ISO C的移植性。

C语言是很低级的语言,很多方面都近似于汇编语言,在《Intel 32位汇编语言程序设计》一书中,甚至介绍了手工把简单的C语言翻译成汇编的方法。对于编译器这种系统软件,用C语言来编写是很自然不过的,即使是像Python这样的高级语言依然在底层依赖于C语言(举Python的例子是因为Intel的黑客正在尝试让Python不需要操作系统就能运行——实际上是免去了BIOS上的一次性C代码)。现在的学生,学过编译原理后,只要有点编程能力的都可以实现一个功能简单的类C语言编译器。

可是问题来了,不知道你有没有想过,大家都用C语言或基于C语言的语言来写编译器,那么世界上第一个C语言编译器又是怎么编写的呢?这不是一个“鸡和蛋”的问题……

还是让我们回顾一下C语言历史:1970年Tomphson和Ritchie在BCPL(一种解释型语言)的基础上开发了B语言,1973年又在B语言的基础上成功开发出了现在的C语言。在C语言被用作系统编程语言之前,Tomphson也用过B语言编写过操作系统。可见在C语言实现以前,B语言已经可以投入实用了。因此第一个C语言编译器的原型完全可能是用B语言或者混合B语言与PDP汇编语言编写的。我们现在都知道,B语言的执行效率比较低,但是如果全部用汇编语言来编写,不仅开发周期长、维护难度大,更可怕的是失去了高级程序设计语言必需的移植性。所以早期的C语言编译器就采取了一个取巧的办法:先用汇编语言编写一个C语言的一个子集的编译器,再通过这个子集去递推完成完整的C语言编译器。详细的过程如下:

先创造一个只有C语言最基本功能的子集,记作C0语言,C0语言已经足够简单了,可以直接用汇编语言编写出C0的编译器。依靠C0已有的功能,设计比C0复杂,但仍然不完整的C语言的又一个子集C1语言,其中C0属于C1,C1属于C,用C0开发出C1语言的编译器。在C1的基础上设计C语言的又一个子集C2语言,C2语言比C1复杂,但是仍然不是完整的C语言,开发出C2语言的编译器……如此直到CN,CN已经足够强大了,这时候就足够开发出完整的C语言编译器的实现了。至于这里的N是多少,这取决于你的目标语言(这里是C语言)的复杂程度和程序员的编程能力——简单地说,如果到了某个子集阶段,可以很方便地利用现有功能实现C语言时,那么你就找到N了。

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