一個(gè)現(xiàn)代編譯器的主要工作流程如下：
源代碼(sourcecode)→預(yù)處理器(preprocessor)→編譯器(compiler)→匯編程序(assembler)→目標(biāo)代碼(objectcode)→連接器(Linker)→可執(zhí)行程序(executables)
編譯語(yǔ)言與解釋語(yǔ)言對(duì)比：
許多人將高級(jí)程序語(yǔ)言分為兩類(lèi)：編譯型語(yǔ)言和解釋型語(yǔ)言。然而，實(shí)際上，這些語(yǔ)言中的大多數(shù)既可用編譯型實(shí)現(xiàn)也可用解釋型實(shí)現(xiàn)，分類(lèi)實(shí)際上反映的是那種語(yǔ)言常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)方式。（但是，某些解釋型語(yǔ)言，很難用編譯型實(shí)現(xiàn)。比如那些允許在線代碼更改的解釋型語(yǔ)言。）
編譯器是一種特殊的程序，它可以把以特定編程語(yǔ)言寫(xiě)成的程序變?yōu)闄C(jī)器可以運(yùn)行的機(jī)器碼。把一個(gè)程序?qū)懞茫@時(shí)利用的環(huán)境是文本編輯器。這時(shí)我程序把程序稱(chēng)為源程序。在此以后程序員可以運(yùn)行相應(yīng)的編譯器，通過(guò)指定需要編譯的文件的名稱(chēng)就可以把相應(yīng)的源文件（通過(guò)一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程）轉(zhuǎn)化為機(jī)器碼了。
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| 編譯器 |
翻譯是從源代碼（通常為高級(jí)語(yǔ)言）到能直接被計(jì)算機(jī)或虛擬機(jī)執(zhí)行的目標(biāo)代碼（通常為低級(jí)語(yǔ)言或機(jī)器言）。然而，也存在從低級(jí)語(yǔ)言到高級(jí)語(yǔ)言的編譯器，這類(lèi)編譯器中用來(lái)從由高級(jí)語(yǔ)言生成的低級(jí)語(yǔ)言代碼重新生成高級(jí)語(yǔ)言代碼的又被叫做反編譯器。也有從一種高級(jí)語(yǔ)言生成另一種高級(jí)語(yǔ)言的編譯器，或者生成一種需要進(jìn)一步處理的的中間代碼的編譯器（又叫級(jí)聯(lián)）。
典型的編譯器輸出是由包含入口點(diǎn)的名字和地址以及外部調(diào)用（到不在這個(gè)目標(biāo)文件中的函數(shù)調(diào)用）的機(jī)器代碼所組成的目標(biāo)文件。一組目標(biāo)文件，不必是同一編譯器產(chǎn)生，但使用的編譯器必需采用同樣的輸出格式，可以鏈接在一起并生成可以由用戶(hù)直接執(zhí)行的可執(zhí)行程序。
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| 編譯器 |
編譯器可以生成用來(lái)在與編譯器本身所在的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)（平臺(tái)）相同的環(huán)境下運(yùn)行的目標(biāo)代碼，這種編譯器又叫做“本地”編譯器。另外，編譯器也可以生成用來(lái)在其它平臺(tái)上運(yùn)行的目標(biāo)代碼，這種編譯器又叫做交叉編譯器。交叉編譯器在生成新的硬件平臺(tái)時(shí)非常有用。“源碼到源碼編譯器”是指用一種高級(jí)語(yǔ)言作為輸入，輸出也是高級(jí)語(yǔ)言的編譯器。例如: 自動(dòng)并行化編譯器經(jīng)常采用一種高級(jí)語(yǔ)言作為輸入，轉(zhuǎn)換其中的代碼，并用并行代碼注釋對(duì)它進(jìn)行注釋?zhuān)ㄈ鏞penMP）或者用語(yǔ)言構(gòu)造進(jìn)行注釋?zhuān)ㄈ鏔ORTRAN的DOALL指令）。
預(yù)處理器：預(yù)處理器（preprocessor）作用是通過(guò)代入預(yù)定義等程序段將源程序補(bǔ)充完整。
編譯器前端：編譯器前端（frontend），前端主要負(fù)責(zé)解析（parse）輸入的源程序，由詞法分析器和語(yǔ)法分析器協(xié)同工作。詞法分析器負(fù)責(zé)把源程序中的‘單詞’（Token）找出來(lái)，語(yǔ)法分析器把這些分散的單詞按預(yù)先定義好的語(yǔ)法組裝成有意義的表達(dá)式，語(yǔ)句 ，函數(shù)等等。 例如“a = b + c；”前端詞法分析器看到的是“a = b ； + c；”，語(yǔ)法分析器按定義的語(yǔ)法，先把他們組裝成表達(dá)式“b + c”，再組裝成“a = b + c”的語(yǔ)句。 前端還負(fù)責(zé)語(yǔ)義（semantic checking）的檢查，例如檢測(cè)參與運(yùn)算的變量是否是同一類(lèi)型的，簡(jiǎn)單的錯(cuò)誤處理。最終的結(jié)果常常是一個(gè)抽象的語(yǔ)法樹(shù)（abstract syntax tree，或 AST），這樣后端可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，處理。
編譯器后端：編譯器后端（backend）編譯器后端主要負(fù)責(zé)分析，優(yōu)化中間代碼（Intermediate representation）以及生成機(jī)器代碼（Code Generation）。
編譯器分析，優(yōu)化，變型都可以分成兩大類(lèi)： 函數(shù)內(nèi)（intraprocedural）還是函數(shù)之間（interprocedural）進(jìn)行。很明顯，函數(shù)間的分析，優(yōu)化更準(zhǔn)確，但需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)完成。對(duì)于函數(shù)內(nèi)的優(yōu)化，有可以根據(jù)優(yōu)化施加的范圍分為，全局的（global）和局部的（local）。其中全局的優(yōu)化是指該優(yōu)化需要使用到全局的數(shù)據(jù)流和控制流信息。而局部的優(yōu)化是指指導(dǎo)優(yōu)化的信息來(lái)自基本快。
編譯器-代碼分析
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| 編譯器 |
編譯器分析（compiler analysis）的對(duì)象是前端生成并傳遞過(guò)來(lái)的中間代碼，現(xiàn)代的優(yōu)化型編譯器（optimizing compiler）常常用好幾種層次的中間代碼來(lái)表示程序，高層的中間代碼（high level IR）接近輸入的源程序的格式，與輸入語(yǔ)言相關(guān)（language dependent），包含更多的全局性的信息，和源程序的結(jié)構(gòu)；中層的中間代碼（middle level IR）與輸入語(yǔ)言無(wú)關(guān)，低層的中間代碼(Low level IR)與機(jī)器語(yǔ)言類(lèi)似。 不同的分析，優(yōu)化發(fā)生在最適合的那一層中間代碼上。
常見(jiàn)的編譯分析有函數(shù)調(diào)用樹(shù)（call tree），控制流程圖（Control flow graph），以及在此基礎(chǔ)上的 變量定義－使用，使用－定義鏈（define-use/use-define or u-d/d-u chain），變量別名分析（alias analysis），指針?lè)治觯╬ointer analysis），數(shù)據(jù)依賴(lài)分析（data dependence analysis）等。
程序分析結(jié)果是編譯器優(yōu)化（compiler optimization）和程序變形（compiler transformation）的前提條件。常見(jiàn)的優(yōu)化和變新有：函數(shù)內(nèi)嵌（inlining），無(wú)用代碼刪除（Dead code elimination），標(biāo)準(zhǔn)化循環(huán)結(jié)構(gòu)（loop normalization），循環(huán)體展開(kāi)（loop unrolling），循環(huán)體合并，分裂（loop fusion，loop fission），數(shù)組填充（array padding），等等。 優(yōu)化和變形的目的是減少代碼的長(zhǎng)度，提高內(nèi)存（memory），緩存（cache）的使用率，減少讀寫(xiě)磁盤(pán)，訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的頻率。更高級(jí)的優(yōu)化甚至可以把序列化的代碼（serial code）變成并行運(yùn)算，多線程的代碼（parallelized，multi-threaded code）。
機(jī)器代碼的生成是優(yōu)化變型后的中間代碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器指令的過(guò)程?，F(xiàn)代編譯器主要采用生成匯編代碼（assembly code）的策略，而不直接生成二進(jìn)制的目標(biāo)代碼（binary object code）。即使在代碼生成階段，高級(jí)編譯器仍然要做很多分析，優(yōu)化，變形的工作。例如如何分配寄存器（register allocatioin），如何選擇合適的機(jī)器指令（instruction selection），如何合并幾句代碼成一句等等。
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| 編譯器 |
20世紀(jì)50年代，IBM的John Backus帶領(lǐng)一個(gè)研究小組對(duì)FORTRAN語(yǔ)言及其編譯器進(jìn)行開(kāi)發(fā)。但由于當(dāng)時(shí)人們對(duì)編譯理論了解不多，開(kāi)發(fā)工作變得既復(fù)雜又艱苦。與此同時(shí)，Noam Chomsky開(kāi)始了他對(duì)自然語(yǔ)言結(jié)構(gòu)的研究。他的發(fā)現(xiàn)最終使得編譯器的結(jié)構(gòu)異常簡(jiǎn)單，甚至還帶有了一些自動(dòng)化。Chomsky的研究導(dǎo)致了根據(jù)語(yǔ)言文法的難易程度以及識(shí)別它們所需要的算法來(lái)對(duì)語(yǔ)言分類(lèi)。正如現(xiàn)在所稱(chēng)的Chomsky架構(gòu)（Chomsky Hierarchy），它包括了文法的四個(gè)層次：0型文法、1型文法、2型文法和3型文法，且其中的每一個(gè)都是其前者的特殊情況。2型文法（或上下文無(wú)關(guān)文法）被證明是程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中最有用的，而且今天它已代表著程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)方式。分析問(wèn)題（parsing problem，用于上下文無(wú)關(guān)文法識(shí)別的有效算法）的研究是在60年代和70年代，它相當(dāng)完善的解決了這個(gè)問(wèn)題。現(xiàn)在它已是編譯原理中的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部分。
有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)（Finite Automaton）和正則表達(dá)式（Regular Expression）同上下文無(wú)關(guān)文法緊密相關(guān)，它們與Chomsky的3型文法相對(duì)應(yīng)。對(duì)它們的研究與Chomsky的研究幾乎同時(shí)開(kāi)始，并且引出了表示程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的單詞的符號(hào)方式。
人們接著又深化了生成有效目標(biāo)代碼的方法，這就是最初的編譯器，它們被一直使用至今。人們通常將其稱(chēng)為優(yōu)化技術(shù)（Optimization Technique），但因其從未真正地得到過(guò)被優(yōu)化了的目標(biāo)代碼而僅僅改進(jìn)了它的有效性，因此實(shí)際上應(yīng)稱(chēng)作代碼改進(jìn)技術(shù)（Code Improvement Technique）。
當(dāng)分析問(wèn)題變得好懂起來(lái)時(shí)，人們就在開(kāi)發(fā)程序上花費(fèi)了很大的功夫來(lái)研究這一部分的編譯器自動(dòng)構(gòu)造。這些程序最初被稱(chēng)為編譯器的編譯器（Compiler-compiler），但更確切地應(yīng)稱(chēng)為分析程序生成器（Parser Generator），這是因?yàn)樗鼈儍H僅能夠自動(dòng)處理編譯的一部分。這些程序中最著名的是Yacc（Yet Another Compiler-compiler），它是由Steve Johnson在1975年為Unix系統(tǒng)編寫(xiě)的。類(lèi)似的，有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的研究也發(fā)展了一種稱(chēng)為掃描程序生成器（Scanner Generator）的工具，Lex（與Yacc同時(shí)，由Mike Lesk為Unix系統(tǒng)開(kāi)發(fā)）是這其中的佼佼者。
在70年代后期和80年代早期，大量的項(xiàng)目都貫注于編譯器其它部分的生成自動(dòng)化，這其中就包括了代碼生成。這些嘗試并未取得多少成功，這大概是因?yàn)椴僮魈珡?fù)雜而人們又對(duì)其不甚了解。
編譯器設(shè)計(jì)發(fā)展包括：首先，編譯器包括了更加復(fù)雜算法的應(yīng)用程序它用于推斷或簡(jiǎn)化程序中的信息；這又與更為復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展結(jié)合在一起。其中典型的有用于函數(shù)語(yǔ)言編譯的Hindley-Milner類(lèi)型檢查的統(tǒng)一算法。其次，編譯器已越來(lái)越成為基于窗口的交互開(kāi)發(fā)環(huán)境（Interactive Development Environment，IDE）的一部分，它包括了編輯器、連接程序、調(diào)試程序以及項(xiàng)目管理程序。這樣的IDE標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有多少，但是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的窗口環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)已成為方向。另一方面，盡管近年來(lái)在編譯原理領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究，但是基本的編譯器設(shè)計(jì)原理在近20年中都沒(méi)有多大的改變，它現(xiàn)在正迅速地成為計(jì)算機(jī)科學(xué)課程中的中心環(huán)節(jié)。
在90年代，作為GNU項(xiàng)目或其它開(kāi)放源代碼項(xiàng)目的一部分，許多免費(fèi)編譯器和編譯器開(kāi)發(fā)工具被開(kāi)發(fā)出來(lái)。這些工具可用來(lái)編譯所有的計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言。它們中的一些項(xiàng)目被認(rèn)為是高質(zhì)量的，而且對(duì)現(xiàn)代編譯理論感性趣的人可以很容易的得到它們的免費(fèi)源代碼。
大約在1999年，SGI公布了他們的一個(gè)工業(yè)化的并行化優(yōu)化編譯器Pro64的源代碼，后被全世界多個(gè)編譯器研究小組用來(lái)做研究平臺(tái)，并命名為Open64。Open64的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)好，分析優(yōu)化全面，是編譯器高級(jí)研究的理想平臺(tái)。
首先編譯器進(jìn)行語(yǔ)法分析，也就是要把那些字符串分離出來(lái)。
然后進(jìn)行語(yǔ)義分析，就是把各個(gè)由語(yǔ)法分析分析出的語(yǔ)法單元的意義搞清楚。
最后生成的是目標(biāo)文件，也稱(chēng)為obj文件。
再經(jīng)過(guò)鏈接器的鏈接就可以生成最后的可執(zhí)行代碼了。
有些時(shí)候需要把多個(gè)文件產(chǎn)生的目標(biāo)文件進(jìn)行鏈接，產(chǎn)生最后的代碼。這一過(guò)程稱(chēng)為交叉鏈接。