編譯原理簡明教程（第3版）-課件 第1章 概述-2024

新工科建設(shè)·計算機(jī)類系列教材

免費提供編譯原理1基本課程信息編譯原理計算機(jī)科學(xué)中發(fā)展最迅速、最成熟的分支之一編譯程序計算機(jī)系統(tǒng)中重要的系統(tǒng)軟件之一編譯技術(shù)計算機(jī)高級語言發(fā)展的支柱編譯原理計算機(jī)科學(xué)中語言處理的基石理論研究軟件開發(fā)編譯原理課程是計算機(jī)科學(xué)中理解語言處理內(nèi)在機(jī)制、提升軟件開發(fā)效率與質(zhì)量、培養(yǎng)系統(tǒng)級編程思維與創(chuàng)新能力的核心課程。學(xué)分：編譯原理簡明教程（第3版）馮秀芳

崔冬華

王會青

主編電子工業(yè)出版社

2024年出版課程教材學(xué)分：參考教材“編譯原理”是計算機(jī)類專業(yè)一門重要的專業(yè)課，其目的是系統(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編譯技術(shù)。

引言教學(xué)目的：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，具有設(shè)計、實現(xiàn)、分析和維護(hù)編譯程序等方面的初步能力。主要內(nèi)容：形式語言與自動機(jī)、詞法分析、語法分析、語義分析、中間語言代碼生成和優(yōu)化、目標(biāo)代碼生成、存儲組織與分配、程序的查錯與處理等。56目錄第一章概述第二章形式語言理論基礎(chǔ)第三章自動機(jī)理論基礎(chǔ)第四章詞法分析第五章語法分析—自頂向下分析方法第六章語法分析—自底向上分析方法第七章語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表和出錯處理第十一章

面向?qū)ο笳Z言的編譯第十二章

并行編譯技術(shù)第十三章

軟件構(gòu)造62024/11/67學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)編譯程序的概念工作過程、體系結(jié)構(gòu)語言與編譯程序的關(guān)系了解開發(fā)技術(shù)1概述EINLEITUNG重點：編譯程序的概念、編譯程序的結(jié)構(gòu)難點：編譯程序的開發(fā)技術(shù)

目錄1.1程序設(shè)計語言與翻譯1.2編譯過程概述1.3編譯程序的開發(fā)1.4本章小結(jié)81.1程序設(shè)計語言與翻譯計算機(jī)系統(tǒng)：硬件軟件：應(yīng)用軟件、系統(tǒng)軟件（包括OS、編譯系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)等）程序設(shè)計語言：機(jī)器、匯編、高級翻譯程序：指能把A語言程序翻譯成與之等價的B語言

程序的程序。B語言（目標(biāo)程序）A語言（源程序）翻譯程序91.1程序設(shè)計語言與翻譯計算機(jī)系統(tǒng)：硬件軟件：應(yīng)用軟件、系統(tǒng)軟件（包括OS、編譯系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)等）程序設(shè)計語言：機(jī)器、匯編、高級翻譯程序：指能把A語言程序翻譯成與之等價的B語言

程序的程序。B語言（目標(biāo)程序）A語言（源程序）翻譯程序101.1.1程序設(shè)計語言機(jī)器語言高級語言11匯編語言機(jī)器語言即機(jī)器指令，能被計算機(jī)直接理解與執(zhí)行是符號化的機(jī)器語言FORTRAN、ALGOL、Pascal、C、JAVA、Ada、C++、Python等1.1.2編譯程序和解釋程序B（機(jī)器語言）A（高級語言）編譯程序12如何讓計算機(jī)認(rèn)識、理解、執(zhí)行高級語言程序？

匯編程序B（機(jī)器語言）A（匯編語言）匯編程序13

解釋程序純粹的解釋程序并不多見，通常做某種程序的結(jié)合。141.2編譯過程概述閱讀全文、識別單詞分析句子語法結(jié)構(gòu)根據(jù)句子含義初步分析修辭加工寫出譯文生成目標(biāo)代碼優(yōu)化語義分析語法分析掃描源程序、詞法分析分析綜合翻譯外文資料編譯程序15一、詞法分析

輸入源程序，對源程序構(gòu)成的字符串進(jìn)行掃描和分析，識別出一個個的單詞，如保留字(if、for、while等)、標(biāo)識符、常數(shù)、特殊符號(標(biāo)點符號、左右括號、運算符等)。例如，對于C語言的循環(huán)語句：詞法分析：遵循詞法規(guī)則，描述詞法規(guī)則正規(guī)式和有限自動機(jī)for(i=1;i<=100;i++)

sum=sum+1;161.2.1編譯程序的工作過程編譯程序一般分五個部分二、語法分析

根據(jù)語言語法規(guī)則，把詞法分析后的單詞合成各類語法單位（語法范疇），如“短語”，“句子”，“程序段”，“程序”。例如賦值語句：Z=X+2*Y；

語法分析：遵循語法規(guī)則，采用上下文無關(guān)文法描述。17編譯程序一般分五個部分三、語義分析及中間代碼的生成

根據(jù)語法結(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。對常用的一些語言來說，語義分析生成語法成分的含義和用途，以及應(yīng)進(jìn)行的運算和操作，而且要進(jìn)行語義檢查等。例如：

3）在過程調(diào)用中，實參和形參是否在個數(shù)、次序、種屬一一對應(yīng)等。2）在表達(dá)式中，是否有類型不匹配的運算對象；1）在說明語句中，是否有矛盾的類型說明；18編譯程序一般分五個部分“中間代碼”是一種含義明確、便于處理的記號系統(tǒng)。如：三元式、四元式、逆波蘭式。z=(x+3)*y/w;（+，x，3，T1）例：四元式（運算符，第一運算量，第二運算量，結(jié)果）(/,T2,

w，z

)（*，T1,y,

T2）19編譯程序一般分五個部分四、代碼優(yōu)化

優(yōu)化的任務(wù)在于對前階段產(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、刪除無用代碼等。有時，為了便于“并行運算”，還可以對代碼進(jìn)行并行優(yōu)化處理。優(yōu)化所依循的原則是程序的等價變換規(guī)則。

20編譯程序一般分五個部分從與具體計算機(jī)的關(guān)系分與機(jī)器無關(guān)的與機(jī)器有關(guān)的從與源程序的關(guān)系分全局優(yōu)化局部優(yōu)化21五、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，充分利用計算機(jī)的寄存器，以節(jié)省訪問內(nèi)存所用時間等。22編譯程序一般分五個部分1.2.2編譯程序的結(jié)構(gòu)231.3編譯程序的開發(fā)

編譯程序是一個非常復(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，但研制仍需大量時間。追求目標(biāo)過程自動化。1.3.1開發(fā)步驟1.認(rèn)真分析，合理分工

2.算法設(shè)計，方案確定

3.語言選擇，編制程序

4.調(diào)試程序，確保質(zhì)量

5.資料整理，文本形成

241.3.2開發(fā)技術(shù)一、系統(tǒng)程序設(shè)計語言

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

80年代以后，高級語言如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)計語言：編寫編譯程序或其它系統(tǒng)軟件的高級語言。25二、開發(fā)技術(shù)自編譯：用某一高級語言編寫其自己的編譯程序。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。自展：首先確定一個非常簡單的核心語言L0，用機(jī)器的匯

編語言寫其編譯程序T0，擴(kuò)充L0到L1，用L0寫L1的T1, L1到L2……滾雪球一樣，直到所需編程序。移植：將A機(jī)器上的某高級語言編譯程序搬到B機(jī)器上運行。261.3.2開發(fā)技術(shù)1.3.2開發(fā)技術(shù)三、編譯技術(shù)的發(fā)展面向?qū)ο蟮母呒壵Z言編譯技術(shù)

并行計算機(jī)和并行程序編譯技術(shù)27編譯技術(shù)的發(fā)展過程中，有多名計算機(jī)領(lǐng)域的專家因在編譯理論和技術(shù)相關(guān)研究方面的突出貢獻(xiàn)獲得了圖靈獎，例如艾倫·佩利（AlanJ.Perlis）、高德納·克努斯（DonaldE.Knuth）、法蘭西斯·艾倫（FrancesE.Allen）、阿爾弗雷德·艾侯（AlfredVainoAho）和杰弗里·烏爾曼（JeffreyDavidUllman）如Unix下

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詞法分析程序自動構(gòu)造軟件工具

YACC

語法分析程序自動構(gòu)造軟件工具

Llama

編譯程序生成軟件工具

Occs

源語言的定義機(jī)器語言的描述翻譯程序的自動生成軟件編譯程序281.3.3編譯程序的自動生成291.4本章小結(jié)1．程序設(shè)計語言：機(jī)器語言、匯編語言、高級語言2．編譯程序和解釋程序都是翻譯程序，但解釋程序不產(chǎn)生完整的目標(biāo)