Optimalizace frontendu překladače

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá optimalizací frontendu překladače jazyka C. Práce analyzuje architekturu překladačů, teorii formálních jazyků a existující implementace překladačů (GCC, Clang/LLVM, TCC). Na základě této analýzy je navržen a implementován překladač cppliator v jazyce C++23 s backendem využívajícím knihovnu LLVM. Klíčovými optimalizačními technikami jsou datově orientovaný návrh s plochým polem pro reprezentaci abstraktního syntaktického stromu, explicitní stavový automat namísto rekurzivního sestupu, Prattův parser pro výrazy s operátorovou precedencí, rozsáhlé využití constexpr vyhledávacích tabulek a podpora paralelního parsování. Dosahuje 10násobné propustnosti oproti GCC.

This bachelor thesis focuses on the optimization of a C language compiler frontend. The thesis analyzes compiler architecture, formal language theory, and existing compiler implementations (GCC, Clang/LLVM, TCC). Based on this analysis, a compiler called cppliator is designed and implemented in C++23, with a backend utilizing the LLVM library. Key optimization techniques include data-oriented design with a flat array representation of the abstract syntax tree, an explicit state machine instead of recursive descent parsing, a Pratt parser for operator-precedence expression parsing, extensive use of constexpr lookup tables, and support for parallel parsing. The resulting compiler achieves an 10x throughput improvement compared to gcc.