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コンパイラ(compiler)とは、プログラミング言語で書かれたプログラムを、コンピュータが直接実行可能な機械語のプログラムに変換するソフトウェアである。また、コンパイラによる変換工程をコンパイルと呼ぶ。ただし、Visual Studioなど一部の開発環境ではビルドとも言う。

コンパイル前のプログラムを特に「ソースコード」(原始コード)と呼び、反対にコンパイル後のプログラムを「オブジェクトコード」(目的コード)と呼んで区別する。

多くの場合、コンパイルされた機械語プログラムの実行は、インタプリタを介した実行より高速である。反面、開発時には動作テストのたびに比較的時間のかかるコンパイル作業が必要である。

コンパイラが出力するオブジェクトファイルは、実際に実行するコード以外に外部からの呼び出しをするための名前と、実行開始位置をセットにした情報を持っている場合があり、外部からコードを参照して実行することができる。場合によっては実行できるソフトウェアにするために、ほかのオブジェクトファイルとのリンクが必要なこともある。

◆ 歴史

初期のコンピュータのソフトウェアはアセンブリ言語で書かれていた。高級プログラミング言語の開発は、コンパイラ開発のコストよりもソースコードを異なるCPU上で再利用する利点が上回るようになるまで行われなかった。初期のコンピュータは記憶装置の容量が少なく、コンパイラの実装には様々な技法が駆使された。

1950年代末までに、機械に依存しないプログラミング言語が提案され、実験的なコンパイラがいくつか開発された。世界初のコンパイラは1952年、グレース・ホッパーが書いたA-0プログラミング言語である。1957年、IBMのジョン・バッカスのチームが開発したFORTRANが一般には世界初の完全なコンパイラであるとされている。1960年のCOBOLは複数のアーキテクチャ上でコンパイル可能となった最初の言語の1つである[外部リンク]http://www.interesting-people.org/archives/interesting-people/199706/msg00011.html。

様々なアプリケーション領域で高級言語というアイデアは素早く浸透していった。プログラミング言語が新たに登場するたびに機能が拡張されていき、コンピュータのアーキテクチャそのものも複雑化していったため、コンパイラはどんどん複雑化していった。

初期のコンパイラはアセンブリ言語で書かれていた。世界初のセルフホスティングコンパイラ(コンパイル対象言語で書かれたコンパイラのソースコードをコンパイルできるコンパイラ)は1962年にマサチューセッツ工科大学の Hart と Levin が開発したLISPである[外部リンク]http://www.ai.mit.edu/research/publications/browse/0000browse.shtml。1970年代にはコンパイル対象言語でコンパイラを書くのが一般化したが、PascalとC言語で言語を実装するほうが一般的であった。セルフホスティング・コンパイラの構築には、ブートストラップ問題がつきまとう。すなわち、コンパイル対象言語で書かれたコンパイラを最初にコンパイルするには、別の言語で書かれたコンパイラが必要になるという問題である。Hart と Levin の LISPコンパイラではコンパイラをインタプリタ上で動作させてコンパイルを行った。

◇ 教育用コンパイラ

コンパイラ構築とコンパイラ最適化は、大学での計算機科学や情報工学のカリキュラムの一部となっている。そのようなコースでは適当な言語のコンパイラを実際に作らせることが多い。文書が豊富な例としてはニクラウス・ヴィルトが1970年代に教育用に設計した PL/0 がある[外部リンク]http://www.246.dk/pl0.html。PL/0 は単純だが、教育目的にかなった基本が学べるようになっている。

# [外部リンク] 段階的改良によるプログラム開発の採用

# 再帰下降構文解析の採用

# 拡張BNF記法による文法記述の採用

# Pコードの採用

# ブートストラップ問題をT図式で形式的に記述(T図式とは、コンパイル元言語、コンパイル先言語、コンパイラ実装言語をTの字形に図示するもの)

◆ 分類

オブジェクトコードが機械語ではない別のプログラミング言語である場合、あるいは扱う言語がプログラミング言語ではない言語処理系一般(TeXなど)の場合はコンパイラではなくトランスレータと呼ぶ場合がある。コンパイラでは多くの場合、ソースコードの言語は、人間向けの簡潔な言語(高級言語)であり、オブジェクトコードはコンピュータが直接実行可能な機械語(プログラミング言語に含めないこともある)である。機械語が特定のプロセッサ群の「固有語」であることから、機械語プログラムを「ネイティブコード」とも言い、またネイティブコードを出力するコンパイラを「ネイティブコンパイラ」という。

コンパイラは翻訳機と言えるもので、入力するプログラミング言語と対象となるCPUやオペレーティングシステムによるオブジェクトコード形式によって、違う形式のオブジェクトを生成する必要がある。一般的には1つのプログラミング言語を1つのオブジェクトコード形式に変換するものがよく使われる。

開発環境とは別の環境で実行できるコードを生成するコンパイラは、クロスコンパイラと呼ばれる。新しいコンピュータが開発されるとき、BIOSやOSなどもっとも基本となるプログラムについて、既存のものがそのままでは実行できない場合がある。あるいは、組み込みシステムやPDAなど、それ自体が開発環境を動作させるだけの性能を持たない場合がある。こういった場合、クロスコンパイラが必要になる。同じCPUの場合はセルフコンパイラ。

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