コンパイラの仕組み｜字句解析・構文解析・意味解析・コード生成【基本情報技術者試験 科目A】

科目A 第1章 基礎理論1-10　コンパイラとプログラム言語最終更新 2026-09-26

人が書いたソースコードは、そのままでは動きません。 機械が直接実行できる命令の並び（機械語）に翻訳する必要があり、 その翻訳をするのがコンパイラです。 翻訳は一気に行われるのではなく、4つの段階を順に通ります。 試験で問われるのは、どの段階で何をしていて、どの誤りがどこで見つかるかです。

コンパイルの4つの段階

字句解析 ── 文字の並びを切り分ける

x = a + b * 2 を、意味のある最小のまとまりに切る

  x    名前（識別子）
  =    記号（演算子）
  a    名前（識別子）
  +    記号（演算子）
  b    名前（識別子）
  *    記号（演算子）
  2    数（定数）

  切り出した1つずつを「字句（トークン）」という

空白や改行はここで捨てられます。どこまでが1つの名前かを見分ける作業なので、1-8 の有限オートマトンがそのまま使えます。

ここで見ているのは並べ方ではなく、区切り方です。 だから x = + + a のように順番がおかしい並びでも、字句解析は通ります。 通らないのは、どの字句にもならない文字があるときです。 たとえば x = a ? b の ? が、その言語の記号として決められていなければ、 切り出せずにここで止まります。

構文解析 ── 文法どおりに並んでいるか

x = a + b * 2 の構文木

              =
            /   \
           x     +
               /   \
              a     *
                  /   \
                 b     2

  枝の先（葉）が値、枝の分かれ目が演算
  いちばん上の = は「等しい」ではなく「左へ入れる」（代入）
  計算は下から順に行われる

掛け算が足し算より下にあるので、先に計算されます。並びの優先順位が、木の深さとして残る形です。

文法は 1-8 の BNF で書かれています。 並びが文法に合わなければ、ここで誤りとして止まります。できた木を構文木といいます。 さきほどの x = + + a が止まるのは、この段階です。

意味解析 ── 内容として通るか

ここで出てくる言葉を2つ、先に決めておきます。 型は、その名前が数なのか文字の並びなのかという種類のことです。 宣言は、使う前に「この名前はこの種類で使います」と書いておくことです。

形が正しいことと、内容が通ることは別です。 並び方としては正しくても、中身として成り立たないものは、ここで止まります。

コード生成と、実行を速くする最適化

検査を通ると、機械語の命令の列に書き出すコード生成に進みます。 その途中で、いったん中間言語という形にすることがあります。 機械語そのものではなく、どの機種向けにも書き出しやすい共通の形です。 中間言語をはさむと、前半の解析を機種ごとに作り直さずに済みます。

書き出されたものが目的プログラムです。 ただし、これだけでは動きません。ほかの部品と結合して、はじめて実行できる形になります （結合の話は第5章で扱います）。

同じ結果のまま、実行を速くする

  直す前
    1000回くり返す { y = a * b ; 合計 = 合計 + y }

  直した後
    y = a * b ; 1000回くり返す { 合計 = 合計 + y }

  a も b も、くり返しの中で変わらない

くり返しのたびに同じ値になる計算を、外へ出しています。足し算は 1000 回のままですが、掛け算は 1000 回から 1 回になりました。

このように、結果を変えずに実行を速くしたり、大きさを小さくしたりする作業が最適化です。 使われない計算を消す、くり返しの外へ出す（ループ不変式の移動）、といった直し方があります。

まとめて訳すか、その場で訳すか

プログラム言語の種類

言語がたくさんあるのは、向いている分野が違うからです。 「何を書くか」の考え方によって、大きく4つに分けられます。

手続型とオブジェクト指向は「どうやるか」、関数型と論理型は「何が成り立つか」を書きます。 前の2つを命令的、後ろの2つを宣言的といいます。 なお、この分け方は重なることがあります。同じ言語で手続型にもオブジェクト指向にも書けるものは珍しくありません。 1-8 の言葉でいえば、論理型言語は述語論理の考え方を土台にした言語です。

まとめ

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