TEMA 3: El proceso de compilación, del código fuente al código máquina 3.1 Fase de compilación y linkado (link, montado o enlace) Un programa escrito en un lenguaje de alto nivel, no puede ser ejecutado directamente por un ordenador, sino que debe ser traducido a lenguaje máquina. Las etapas por las que debe pasar un programa escrito en un lenguaje de programación, hasta poder ser ejecutable son: Programa fuente: Es el programa escrito en un lenguaje de alto nivel. No es más que un texto ordinario que contiene las sentencias (instrucciones) del programa en un determinado lenguaje de programación. Compilador es el programa encargado de traducir los programas fuentes escritos en un lenguaje de alto nivel a lenguaje máquina (traduce nuestras instrucciones a otras reconocibles por el microprocesador). Programa objeto o código objeto: Es el programa .obj resultante de la traducción del código fuente. Aún no es directamente ejecutable por el ordenador. Figura 1. Fases de ejecución de un programa

Linker (montador o enlazador): Es el programa encargado de realizar el proceso de montaje, que producirá un programa .exe en lenguaje máquina directamente ejecutable (programa ejecutable). El linkador se encarga de unir al programa objeto una serie de librerías (archivos de biblioteca) necesarias para su funcionamiento. Los archivos de biblioteca son una colección de código que ha sido programada y traducida, y lista para utilizar en un programa.

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Como cada lenguaje de programación tiene unas reglas especiales (sintaxis) para la construcción de sus programas, debe existir un compilador específico para cada lenguaje de programación. El compilador antes de generar el programa objeto debe analizar el programa fuente (almacenado en un archivo de texto) y comprobar que cumple las reglas de sintaxis del lenguaje de programación. Si cumple la sintaxis genera el correspondiente programa objeto, sino, visualizará un mensaje de error y su posible causa para que procedamos a la depuración del programa. Depurar un programa consiste en detectar y corregir los errores que se producen en él, ya sean en tiempo de compilación o en tiempo de ejecución. Los errores en tiempo de compilación son los que se producen antes de la ejecución del programa, durante el proceso de compilación del programa. Los errores en tiempo de ejecución son los que se producen durante la ejecución del programa. Este tipo de errores, son los más difíciles de encontrar, porque no son detectados por el compilador, ya que no son errores consecuencia de violar alguna regla sintáctica. Es decir, aunque al compilar un programa no de errores, eso no significa que el programa funcione adecuadamente o que no vaya a producir algún fallo durante la ejecución del mismo. Por ejemplo: • Un programa puede producir resultados erróneos, porque nos hayamos equivocado (errores lógicos) al programar el algoritmo (por ejemplo, donde teníamos que sumar, hemos programado una multiplicación). • Un programa puede interrumpirse bruscamente, por ejemplo si tenemos que hacer una división y el divisor es cero, etc. Para ayudarnos a encontrar los errores lógicos y demás errores producidos en tiempo de ejecución, podemos hacer uso de los depuradores. Un depurador (debugger), es un programa diseñado específicamente para la detección, verificación y corrección de errores, y que por tanto nos ayudará en las tareas de depuración. Los depuradores nos permiten trazar el programa (ejecutarlo sentencia a sentencia) y visualizar el contenido de las variables y direcciones de memoria durante la ejecución del programa. Además permiten alterar el flujo de ejecución del mismo, cambiar los valores de las variables e introducir puntos de parada.

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Los compiladores emiten mensajes de error o de advertencia durante las fases de compilación, de enlace o de ejecución de un programa. Los mensajes de error producidos los podemos agrupar en tres bloques: − Errores fatales: Son raros. Algunos indican un error interno del compilador. Cuando ocurren la compilación se detiene inmediatamente. − Errores de sintaxis: Son los errores típicos de sintaxis, errores de línea de órdenes y errores de acceso a memoria o disco. El compilador terminará la fase de compilación y se detendrá. − Advertencias

(warnings):

No

impiden

la

compilación.

Indican

condiciones que son sospechosas, pero son legítimas como parte del lenguaje. Así pues los pasos a seguir para la elaboración y ejecución de un programa los podemos resumir de la siguiente manera: 1 º. Comenzamos escribiendo el código fuente. 2 º. Compilamos el fichero fuente y se comprueban los mensajes de error. 3 º. Volvemos al editor y eliminamos los errores de sintaxis. 4 º. Cuando el compilador tiene éxito, el linker construirá el archivo ejecutable. 5 º. Ya podemos ejecutar el archivo ejecutable que se obtiene al linkar. 6 º. Si encontramos un error, podemos activar el depurador para trazar el programa y ejecutar sentencia a sentencia. 7 º. Una vez que hayamos encontrado la causa del error, volveremos al editor y lo corregimos. 8 º. El proceso de compilar, enlazar y ejecutar el programa lo repetiremos hasta que no se produzcan errores. 9 º. Una vez tengamos el archivo ejecutable, será el sistema operativo el

encargado de colocar el programa en la memoria central y ejecutarlo.

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3.2 Fase de ejecución de un programa Una vez que tenemos el programa en lenguaje máquina, para poderlo ejecutar hay que introducirlo en la memoria. Para esta tarea existe un programa del sistema operativo denominado cargador, que introduce el programa en posiciones consecutivas de memoria a partir de una determinada. Cuando el programa está cargado se le indica a la computadora que pase su control a la posición de memoria donde se ha cargado. Esta operación la hace directamente el sistema operativo. A partir de ahora, la Unidad de Control repite sucesivamente los siguientes pasos: Suponiendo que el programa se ha cargado a partir de una determinada posición i de memoria. 1. Lleva de la Memoria (M) a la Unidad de Control (UC) la instrucción que está en la posición i. Cambiar el valor de i por i+1. 2. Interpreta el código de operación de la instrucción y, según sea éste y las señales de estado, envía señales de control a las unidades y circuitos que deben intervenir para ejecutar la instrucción. Vuelve a la fase (1). La fase (1), es la fase de captación de instrucción, y la (2), es la fase de ejecución de instrucción. En el caso de que la ejecución de una instrucción implique saltar a otra instrucción en la posición m, por ejemplo (alterándose por tanto el orden secuencial), la UC hace, en la fase de ejecución de la instrucción de salto, que cambie i por m, de forma que en la siguiente fase de captación se ejecuta la instrucción que está en m.

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3.3 El compilador de C. Características generales. ♦ El lenguaje C es un lenguaje de nivel medio: combina elementos de lenguajes de alto nivel con la funcionalidad del lenguaje ensamblador. Como lenguaje de nivel medio, permite la manipulación de bits, bytes y direcciones. Es particularmente adecuado para la programación de sistemas. ♦ El código de C es muy portable: se puede adaptar el software escrito para un tipo de computadora a otra computadora sin hacer muchos cambios. ♦ El lenguaje C es un lenguaje estructurado: permite seccionar y esconder (mediante subrutinas y variables locales) del resto del programa toda la información e instrucciones necesarias para realizar una determinada tarea. − Soporta construcciones de bucles (while, do-while y for) e instrucciones condicionales (if, switch) − Permite sangrar las sentencias. − Permite crear funciones (subrutinas independientes). Las funciones son los bloques en los que se desarrolla toda la actividad de los programas. Son los que permiten definir las tareas de un programa y codificarlas por separado, permitiendo así que los programas sean modulares. − Permiten crear bloques de códigos. Un bloque de código es un grupo de sentencias de un programa conectadas de forma lógica que es tratado como una unidad. Se crean colocando una serie de sentencia entre llaves. ♦ El lenguaje C sólo tiene 32 palabras clave, que constituyen las órdenes que conforman el lenguaje C (el BASIC por ejemplo contiene 159 palabras clave). ♦ El lenguaje C es compilado, no interpretado. Un intérprete lee el código fuente de un programa línea a línea y traduce las instrucciones específicas contenidas en esa línea para que el microprocesador las pueda interpretar, pero no genera ningún programa objeto. Un compilador, en cambio lee el programa entero y lo convierte en código objeto, de manera que genera un programa en un código que es directamente ejecutable y entendible por el microprocesador.

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