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Les logiciels des ordinateurs antérieurs étaient écrits en langage assembleur. Les langages de programmation très complexes (dans les couches d'abstraction) n'ont été inventés que lorsque les avantages apportés par la possibilité de réutiliser le logiciel sur différents types de processeurs sont devenus plus importants que le coût de l'écriture d'un compilateur. La capacité de mémoire très limitée des premiers ordinateurs a également posé plusieurs èmes techniques dans le développement des compilateurs.
Des langages de programmation indépendants des machines font, pour la première fois ,leur apparition vers la fin des années 1950. Après, différents compilateurs expérimentaux sont développés. Le premier compilateur, A-0 System - pour le langage A-0 - est écrit par Grace Hopper, en 1952. l'équipe FORTRAN dirigé par John Backus d'IBM est considéré comme étant le développeur du premier compilateur complet, en 1957. COBOL est le premier langage à être compilé sur plusieurs architectures, en 1959 par Grace Hopper.
Dans divers domaines d'application, l'idée d'utiliser un langage de plus haut niveau d'abstraction s'est vivement dégagée. Avec l'augmentation des fonctionnalités supportées par les langages de programmation plus récents et la complexité croissante de l'architecture des ordinateurs, les compilateurs se sont de plus en plus complexifiés.
En 1962, le premier compilateur « auto-hébergé » -apte de convertir son propre code source en langage de haut niveau - est créé, pour le LISP, par Tim Hart et Mike Levin au Massachusetts Institute of Technology (MIT). À partir des années 1970, il est devenu très courant de développer un compilateur dans le langage qu'il doit compiler, faisant du Pascal et du C des langages de développement très populaires.
Produire un code objet exact qui s'exécutera sur un ordinateur est la tâche principale d'un compilateur. La plupart des compilateurs permettent d'optimiser le code, c'est-à-dire qu'ils vont chercher à améliorer la vitesse d'exécution, ou réduire l'occupation mémoire du programme.
Généralement, le langage source est « de plus haut niveau » que le langage cible, c'est-à-dire qu'il présente non seulement un niveau d'abstraction supérieur, mais aussi le code source du programme est en général réparti dans plusieurs fichiers.
Un compilateur fonctionne par analyse-synthèse : au lieu de remplacer chaque construction du langage source par une suite équivalente de constructions du langage cible, il commence par analyser le texte source pour en construire une représentation intermédiaire qu'il traduit à son tour en langage cible.
On sépare le compilateur en au moins deux parties : une partie avant (ou frontale), parfois appelée « souche », qui lit le texte source et produit la représentation intermédiaire ; et une partie arrière (ou finale), qui parcourt cette représentation pour donner le texte cible. Dans un compilateur idéal, la partie avant est indépendante du langage cible, tandis que la partie arrière est indépendante du langage source.