コンパイラとインタプリタ（言語処理系）

結論：人が書いたプログラムを、機械が動かせる形にする方法は2つ

人が書いたプログラム（原始プログラム＝ソースコード）は、そのままではCPUが実行できません。そこで機械語に変える言語処理系（言語プロセッサ）を使います。やり方は大きく2つで、コンパイラは先に全部を翻訳してから実行し、インタプリタは1行ずつ解釈しながら実行します。

たとえるなら、コンパイラは「本を丸ごと翻訳して出版する翻訳家」、インタプリタは「話を聞きながらその場で訳す通訳」です。翻訳本は作るのに時間がかかりますが、出来上がれば何度でもすぐ読めます。通訳はすぐ始められますが、毎回その場で訳す手間がかかります。

コンパイラと一緒に出る「周りのプログラム」

コンパイラが作ったオブジェクトコードは、それだけではまだ動きません。部品をリンカ（連係編集プログラム）でつないでロードモジュール（実行できる形のプログラム）にし、ローダで主記憶（メモリ）に読み込んではじめて実行できます。

試験では、この3つの説明がコンパイラの選択肢にまぎれ込んできます。

いろいろな言語プロセッサ（説明文から名前を当てる）

コンパイラとインタプリタ以外にも、名前と説明を入れ替えた選択肢がよく出ます。入力と出力が何かに注目すると見分けられます。

クロスコンパイラは、たとえばパソコン上で家電やスマホの組込み機器用のプログラムを作るときに使います。命令形式が違うコンピュータ向けのプログラムを「作る」のがクロスコンパイラ、他機種の命令を「まねて動かす」のがエミュレータです。

コンパイラの中の処理順序：字句→構文→意味→最適化→コード生成

コンパイラの内部は、決まった順番の5段階で動きます。日本語の文を読むときに、①単語に区切る ②文法をチェックする ③意味が通るか確かめる、という順に進むのと同じです。

flowchart LR
  A["原始プログラム"] --> B["字句解析"]
  B --> C["構文解析"]
  C --> D["意味解析"]
  D --> E["最適化"]
  E --> F["コード生成"]
  F --> G["目的プログラム"]

覚え方は「字・構・意・最・コ（じ・こう・い・さい・こ）」。最初は必ず字句解析です。

最適化の目的は「実行時間の短縮」（最頻出）

最適化とは、コンパイラが生成するプログラムを、実行したときに速く（あるいは小さく）なるように作り変えることです。たとえば、ループの中で毎回同じ計算をしていたら外に出す、使わない計算を消す、よく使う値を高速なレジスタ（CPU内部の小さな記憶場所）に置く、といった処理をします。

大事なのは「誰の何が速くなるのか」です。速くなるのはできあがったプログラムを実行するときであって、コンパイル作業そのものではありません。むしろ最適化をするぶん、コンパイル時間は長くなりがちです。

試験で正解になる言い方は次のどれかです。

• 「プログラムの実行時間を短縮する」
• 「実行時の処理効率を高めたオブジェクトコードを生成する」

不正解の定番は「デバッグを容易にする」「保守性を改善する」「目的プログラムを生成する時間を短縮する」「インタプリタ用の中間コードを生成する」「別アーキテクチャ用のコードを生成する（＝クロスコンパイラ）」です。

処理時間の比較計算：「固定でかかる時間」と「行数に比例する時間」に分ける

インタプリタは準備が要らない代わりに1行ごとの実行が遅く、コンパイル方式は最初に固定の手間がかかる代わりに実行が速い、という関係です。だからプログラムが長いほどコンパイル方式が有利になり、どこかで逆転します。その逆転する行数を求めるのがこの計算問題です。

解き方の型は次のとおりです。

1. 行数を n と置く
2. 条件の「100行あたり○秒」を 1行あたりに直す
3. 各方式の合計時間を「固定時間 ＋ 1行あたり時間 × n」で書く
4. 「コンパイル方式 ＜ インタプリタ方式」の不等式を解き、答えは切り上げる

コンパイル方式の合計は「オーバヘッド＋コンパイル時間＋実行時間」の3つの和です。1つでも足し忘れると、ひっかけの選択肢に誘導されます（下の例題を参照）。