編譯原理簡(jiǎn)明教程(第2版)馮秀芳,崔冬華,段富電子教案第1章

《編譯原理簡(jiǎn)明教程》普通高等教育“十二五”規(guī)劃計(jì)算機(jī)教材---太原理工大學(xué)---計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院---馮秀芳、崔冬華、段富等第一章引言第二章形式語(yǔ)言理論基礎(chǔ)第三章自動(dòng)機(jī)理論基礎(chǔ)第四章詞法分析第五章語(yǔ)法分析—自頂向下分析方法第六章語(yǔ)法分析—自底向上分析方法第七章語(yǔ)義分析及中間代碼的生成第八章代碼優(yōu)化第九章目標(biāo)代碼的生成第十章符號(hào)表第十一章目標(biāo)程序運(yùn)行時(shí)的存儲(chǔ)組織與分配第十二章出錯(cuò)處理第十三章編譯程序自動(dòng)生成工具簡(jiǎn)介第十四章面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的編譯第十五章并行編譯技術(shù)目錄第一章引言

學(xué)習(xí)目標(biāo)了解和掌握高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與編譯程序的關(guān)系了解和掌握編譯程序的功能了解和掌握編譯程序的體系結(jié)構(gòu)了解和掌握編譯程序的工作過程了解和掌握編譯程序的組織方式了解和掌握編譯程序的構(gòu)造方法

“編譯原理”，“編譯技術(shù)”是計(jì)算機(jī)專業(yè)一門重要的專業(yè)課。目的是系統(tǒng)地向?qū)W生講授編譯程序的基本結(jié)構(gòu)。闡述編譯原理的一般理論和常用的有效方法與技術(shù)。學(xué)習(xí)本課后，使學(xué)生掌握編譯理論和方法方面的基本知識(shí)，具有設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、分析和維護(hù)編譯程序等方面的初步能力。主要內(nèi)容：形式語(yǔ)言與自動(dòng)機(jī)、詞法分析、語(yǔ)法、語(yǔ)義、中間語(yǔ)言代碼生成、優(yōu)化、存儲(chǔ)組織與分配、程序的查錯(cuò)與處理等。1.1編譯程序、匯編程序、解釋程序1.2編譯過程概述1.3編譯程序的結(jié)構(gòu)框圖1.4編譯程序的開發(fā)目錄1.1程序的翻譯及運(yùn)行

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：硬件軟件：系統(tǒng)軟件：OS、編譯系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)應(yīng)用軟件等程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：機(jī)器匯編高級(jí)翻譯程序：指能把A語(yǔ)言程序翻譯成與之等價(jià)的B語(yǔ)言程序的程序。

A語(yǔ)言----源程序B語(yǔ)言----目標(biāo)語(yǔ)言1.1.1什么是編譯程序編譯程序：A——高級(jí)語(yǔ)言B——機(jī)器語(yǔ)言1.1.2

匯編程序

A語(yǔ)言——匯編語(yǔ)言（符號(hào)表示）

B語(yǔ)言——機(jī)器語(yǔ)言

1.1.3

解釋程序不產(chǎn)生目標(biāo)程序，逐句翻譯。優(yōu)點(diǎn)：l提供一種直接的交互調(diào)試能力，在執(zhí)行用戶程序時(shí)可以修改用戶程序。l

對(duì)新的類型可動(dòng)態(tài)地修改，如符號(hào)的意義。

l

提高良好的診斷信息l

不依賴于目標(biāo)機(jī)，移植性較好。缺點(diǎn)：開銷大、速度慢如APL與編譯程序相比1：100BASIC1：10事實(shí)上，純粹的解釋程序并不多見，通常做某種程序的結(jié)合。

1.2編譯過程概述

綜合分析翻譯外文資料閱讀原文、識(shí)別單詞分析句子的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)根據(jù)句子含義初步分析修辭加工寫出譯文編譯源程序掃描源程序、詞法分析語(yǔ)法分析語(yǔ)義分析優(yōu)化生成目標(biāo)代碼編譯程序一般分五個(gè)部分一、詞法分析

輸入源程序，對(duì)源程序構(gòu)成的字符串進(jìn)行掃描和分析，識(shí)別出一個(gè)個(gè)的單詞，如保留字、標(biāo)識(shí)符、常數(shù)、特殊符號(hào)等。如保留字(if、for、while等)、標(biāo)識(shí)符、常數(shù)、特殊符號(hào)(標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、左右括號(hào)、運(yùn)算符等)。例如，對(duì)于C語(yǔ)言的循環(huán)語(yǔ)句：for(i=1;i<=100;i++)sum=sum+1;詞法分析：遵循詞法規(guī)則，描述詞法規(guī)則正規(guī)式和有限自動(dòng)機(jī)

二、語(yǔ)法分析

根據(jù)語(yǔ)言語(yǔ)法規(guī)則，把詞法分析后的單詞合成各類語(yǔ)法單位（語(yǔ)法范疇），如“短語(yǔ)”，“句子”，“程序段”，“程序”。

例：Z=X+2*Y；賦值語(yǔ)句遵循語(yǔ)法規(guī)則，采用上下文無(wú)關(guān)文法描述。三、語(yǔ)義分析及中間代碼的生成

根據(jù)語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，分析其含義，并進(jìn)行初步翻譯（生成中間代碼），或直接生成目標(biāo)代碼。例，對(duì)常用的一些語(yǔ)言來說，語(yǔ)義分析生成語(yǔ)法成分的含義和用途，以及應(yīng)進(jìn)行的運(yùn)算和操作，而且要進(jìn)行語(yǔ)義檢查，如在說明語(yǔ)句中是否有矛盾的類型說明；在表達(dá)式中，對(duì)某些運(yùn)算符而言，是否有類型不匹配的運(yùn)算對(duì)象；在過程調(diào)用中，實(shí)參和形參是否在個(gè)數(shù)、次序、種屬等方面按相應(yīng)語(yǔ)言的規(guī)定進(jìn)行對(duì)應(yīng)等等。

“中間代碼”是一種含義明確、便于處理的記號(hào)系統(tǒng)。如：三元式、四元式、逆波蘭式。例：四元式（運(yùn)算符，第一運(yùn)算量，第二運(yùn)算量，結(jié)果）

z=(x

+3)*y/w;（+，x，3，T1）（*，T1,y,T2

）

(/,T2,w，z)四、代碼優(yōu)化

優(yōu)化的任務(wù)在于對(duì)前階段產(chǎn)生的中間代碼進(jìn)行加工變換，以期在最后階段產(chǎn)生出更為高效(節(jié)省時(shí)間和空間)的目標(biāo)代碼。優(yōu)化的主要方面有：公共子表達(dá)式的提取、循環(huán)優(yōu)化、刪除無(wú)用代碼等。有時(shí)，為了便于“并行運(yùn)算”，還可以對(duì)代碼進(jìn)行并行優(yōu)化處理。優(yōu)化所依循的原則是程序的等價(jià)變換規(guī)則。優(yōu)化涉及的范圍很廣。與機(jī)器有關(guān)的從與具體計(jì)算機(jī)的關(guān)系分與機(jī)器無(wú)關(guān)的局部?jī)?yōu)化從與源程序的關(guān)系分全局優(yōu)化五、目標(biāo)代碼生成

把中間代碼變成特定機(jī)器上的機(jī)器代碼。這部分涉及到硬件,如各種數(shù)據(jù)類型變量的存儲(chǔ)空間分配，寄存器的調(diào)度等。例：盡量使用執(zhí)行速度快的指令，充分利用計(jì)算機(jī)的寄存器，以節(jié)省訪問內(nèi)存所用時(shí)間等。1.3編譯程序的結(jié)構(gòu)框圖信息表管理源程序目標(biāo)代碼生成目標(biāo)程序出錯(cuò)處理詞法分析優(yōu)化語(yǔ)義分析語(yǔ)法分析1.4編譯程序的開發(fā)

編譯程序是一個(gè)非常復(fù)雜的軟件系統(tǒng)，雖然編譯理論和技術(shù)不斷發(fā)展，開發(fā)周期縮短，但研制仍需大量時(shí)間。追求目標(biāo)過程自動(dòng)化。

1.4.1開發(fā)步驟

1.認(rèn)真分析，合理分工

2.算法設(shè)計(jì)，方案確定

3.語(yǔ)言選擇，編制程序

4.調(diào)試程序，確保質(zhì)量

5.資料整理，文本形成1.4.2開發(fā)技術(shù)

一、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言

70年代以前，用機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言，手工編寫工作量大、可靠性差、難以維護(hù)。

80年代以后，高級(jí)語(yǔ)言如PASCAL、ADA、C，工作量大大減少，縮短開發(fā)周期。系統(tǒng)程序程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：

編寫編譯程序或其它系統(tǒng)軟件的高級(jí)語(yǔ)言。二、開發(fā)技術(shù)1.

自編譯：用某一高級(jí)語(yǔ)言編寫其自己的編譯程序。2.交叉編譯：A機(jī)器上的編譯程序能產(chǎn)生B機(jī)器上的目標(biāo)代碼。3.自展：首先確定一個(gè)非常簡(jiǎn)單的核心語(yǔ)言L0，用機(jī)器的匯編語(yǔ)言寫其編譯程序T0，擴(kuò)充L0L1，用L0寫L1的T1,L1L2……滾雪球一樣，直到所需編程序。

4.移植：將