《編譯原理》課件

《編譯原理》ppt課件目錄contents編譯原理概述詞法分析語法分析中間代碼生成目標(biāo)代碼生成編譯原理的應(yīng)用01編譯原理概述編譯原理編譯原理是計算機科學(xué)中的一個分支，主要研究將高級語言程序轉(zhuǎn)換為機器語言程序的過程。它涉及到程序設(shè)計語言、計算機體系結(jié)構(gòu)和算法設(shè)計與分析等多個領(lǐng)域。編譯原理的重要性編譯原理在計算機科學(xué)中具有重要地位，因為編譯器是連接人類編程語言和計算機硬件的橋梁，對于理解計算機如何處理和執(zhí)行程序至關(guān)重要。編譯原理的定義代碼生成語法分析根據(jù)語言的語法規(guī)則，將記號序列組織成抽象語法樹（AbstractSyntaxTree,AST）。中間代碼生成將AST轉(zhuǎn)換為中間代碼，通常是三地址代碼。代碼優(yōu)化對中間代碼進(jìn)行優(yōu)化，提高執(zhí)行效率。將源代碼分解成一系列的記號（tokens），如關(guān)鍵字、標(biāo)識符、操作符等。詞法分析語義分析檢查AST是否有語義錯誤，如類型錯誤、未定義的變量等。將中間代碼轉(zhuǎn)換為機器語言代碼，能夠在特定硬件上執(zhí)行。編譯過程簡介解釋器01解釋器逐行讀取源代碼并立即執(zhí)行，不生成機器語言代碼。常見的解釋器有Python和Ruby。編譯器02編譯器將源代碼一次性轉(zhuǎn)換為機器語言代碼，然后執(zhí)行。常見的編譯器有GCC和Clang。JIT編譯器03JIT編譯器在運行時將源代碼轉(zhuǎn)換為機器語言代碼，并緩存起來以供后續(xù)執(zhí)行。常見的JIT編譯器有JavaHotSpot和Node.js。編譯器的分類02詞法分析詞法分析是編譯過程中的第一個階段，負(fù)責(zé)將源程序的字符流分割成一個個的單詞或符號，為后續(xù)的語法分析提供輸入。識別源程序中的關(guān)鍵字、標(biāo)識符、常量、運算符等，并生成一個由單詞和符號構(gòu)成的有序列表，即“單詞表”。詞法分析的定義和任務(wù)任務(wù)定義詞法分析的實現(xiàn)工具詞法分析器通常使用正則表達(dá)式或有限自動機來實現(xiàn)。步驟讀取源程序的字符流，逐個字符進(jìn)行處理，識別出各個單詞和符號，并按照順序輸出到單詞表。狀態(tài)機算法基于有限自動機的原理，通過狀態(tài)轉(zhuǎn)移來識別不同的單詞和符號。掃描器算法基于正則表達(dá)式的原理，通過匹配不同的模式來識別單詞和符號。遞歸下降算法基于上下文無關(guān)文法的原理，通過分析語法結(jié)構(gòu)來識別單詞和符號。詞法分析的算法03020103語法分析語法分析是編譯過程中的一個重要階段，其主要任務(wù)是將源程序分解成一系列具有明確意義的語法成分，如變量、表達(dá)式、語句等，以便后續(xù)的語義分析和代碼生成。語法分析的定義確定源程序的語法結(jié)構(gòu)，識別出其中的語法成分，并構(gòu)建一棵語法樹。同時，還需要處理源程序中的語法錯誤，并給出相應(yīng)的錯誤提示和處理方案。語法分析的任務(wù)語法分析的定義和任務(wù)123從文法的起始符號開始，不斷進(jìn)行移位和歸約操作，直到找到與輸入符號序列匹配的句子或無法進(jìn)行任何操作為止。分析步驟可以預(yù)先處理輸入符號序列，提高匹配速度。優(yōu)點對于某些復(fù)雜文法，可能導(dǎo)致大量的無用推導(dǎo)和狀態(tài)爆炸。缺點自頂向下的語法分析優(yōu)點可以充分利用已知信息，避免不必要的推導(dǎo)和狀態(tài)爆炸。缺點對于某些復(fù)雜文法，可能導(dǎo)致大量的無用歸約和狀態(tài)爆炸。分析步驟從輸入符號序列的最后一個符號開始，逐步向上構(gòu)建語法樹，直到找到與文法中的某個產(chǎn)生式右部匹配的符號串。自底向上的語法分析04中間代碼生成中間代碼生成是編譯器的一個階段，將源代碼轉(zhuǎn)換成中間代碼的過程。定義將源代碼轉(zhuǎn)換成一種中間表示形式，以便進(jìn)行后續(xù)的優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成。任務(wù)中間代碼生成的定義和任務(wù)三地址代碼是一種中間代碼形式，由一系列的三元式組成。三元式的形式為(op,arg1,arg2)，表示執(zhí)行一個操作(op)并產(chǎn)生一個結(jié)果，操作數(shù)arg1和arg2來自寄存器、常數(shù)或之前的計算結(jié)果。三地址代碼的生成是將源代碼逐步轉(zhuǎn)換為目標(biāo)代碼的過程，每個語句轉(zhuǎn)換成一個或多個三元式。010203三地址代碼的生成010204循環(huán)優(yōu)化和代碼優(yōu)化循環(huán)優(yōu)化是指在循環(huán)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行的優(yōu)化，以提高程序的執(zhí)行效率。常見的循環(huán)優(yōu)化技術(shù)包括循環(huán)展開、循環(huán)合并、循環(huán)嵌套等。代碼優(yōu)化是指在編譯過程中對中間代碼進(jìn)行優(yōu)化，以提高目標(biāo)代碼的執(zhí)行效率。常見的代碼優(yōu)化技術(shù)包括常量折疊、死代碼消除、無用代碼刪除等。0305目標(biāo)代碼生成VS目標(biāo)代碼生成是編譯器的一個階段，它將中間代碼轉(zhuǎn)換為可在特定硬件上執(zhí)行的機器代碼。任務(wù)目標(biāo)代碼生成的主要任務(wù)是生成高效、低功耗的機器代碼，同時保持程序的正確性。定義目標(biāo)代碼生成的定義和任務(wù)03常見的寄存器分配算法包括圖著色法、局部著色法和循環(huán)著色法等。01寄存器分配是目標(biāo)代碼生成過程中的一個關(guān)鍵步驟，它決定了如何有效地使用計算機的寄存器來存儲中間結(jié)果和數(shù)據(jù)。02寄存器分配的目標(biāo)是在滿足程序需求的前提下，最小化寄存器的使用數(shù)量，以提高程序的執(zhí)行效率。寄存器分配目標(biāo)代碼的生成是編譯過程的最后一個階段，它涉及將中間代碼轉(zhuǎn)換為機器代碼。目標(biāo)代碼的格式和語法應(yīng)與特定的機器語言相匹配，以確保程序的正確執(zhí)行。在生成目標(biāo)代碼時，編譯器還需要考慮指令優(yōu)化，以提高程序的執(zhí)行效率。常見的指令優(yōu)化包括常量折疊、死代碼消除和循環(huán)展開等。目標(biāo)代碼的生成06編譯原理的應(yīng)用編譯器設(shè)計工具這些工具可以幫助開發(fā)人員更高效地設(shè)計和構(gòu)建編譯器。例如，ANTLR和Bison是兩種常用的編譯器設(shè)計工具，它們提供了語法分析器和詞法分析器的生成器，可以大大簡化編譯器的開發(fā)過程。要點一要點二抽象語法樹（AbstractSyntaxTree，…編譯器在源代碼解析過程中會生成抽象語法樹，這是一種樹形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于表示源代碼的結(jié)構(gòu)。編譯器可以使用AST來進(jìn)行源代碼的語義分析和優(yōu)化。編譯器設(shè)計工具代碼優(yōu)化編譯器可以對源代碼進(jìn)行優(yōu)化，以提高程序的運行效率。編譯器可以消除無用的代碼、優(yōu)化循環(huán)結(jié)構(gòu)、減少內(nèi)存占用等。代碼生成編譯器可以將高級語言編寫的源代碼轉(zhuǎn)換成機器語言或低級語言，以便在特定的硬件平臺上運行。編譯器還可以生成可執(zhí)行文件或動態(tài)鏈接庫等二進(jìn)制文件。編譯器在軟件開發(fā)中的應(yīng)用編譯器在人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用機器學(xué)習(xí)編譯器可以將機器學(xué)習(xí)模型轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行代碼，以便在嵌入式設(shè)備或邊緣計算設(shè)備上運行。這種編譯器可以優(yōu)化模型的計算