編譯原理-第十一章課件

編譯原理-第十一章ppt課件目錄第十一章概述詞法分析語法分析中間代碼生成代碼優(yōu)化目標(biāo)代碼生成01第十一章概述編譯原理的重要性編譯原理在軟件工程領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用，例如代碼審查、靜態(tài)分析、程序理解等，有助于提高軟件的質(zhì)量和可靠性。促進軟件工程發(fā)展編譯原理是實現(xiàn)計算機程序自動生成的關(guān)鍵技術(shù)，通過編譯器將高級語言程序轉(zhuǎn)換為機器語言程序，使得計算機能夠理解和執(zhí)行。實現(xiàn)計算機程序的自動生成編譯器可以對源程序進行優(yōu)化，提高程序的運行效率，使得程序更加高效地完成計算任務(wù)。提高程序運行效率優(yōu)化對源程序進行優(yōu)化，提高程序的運行效率。語義分析對源程序進行語義分析，檢查語法錯誤和語義錯誤，確保程序的正確性。編譯器將源程序轉(zhuǎn)換為目標(biāo)程序的軟件工具。源程序指程序員編寫的各種高級語言程序。目標(biāo)程序指經(jīng)過編譯器轉(zhuǎn)換后的機器語言程序，可以被計算機直接執(zhí)行。編譯原理的基本概念將源程序分解為一個個的單詞或符號，便于后續(xù)處理。詞法分析將中間代碼轉(zhuǎn)換為機器語言程序，便于計算機執(zhí)行。目標(biāo)代碼生成根據(jù)語法規(guī)則將單詞或符號組合成語句或表達式，并進行語法檢查。語法分析將源程序的語句或表達式轉(zhuǎn)換為中間代碼，便于優(yōu)化和生成目標(biāo)代碼。中間代碼生成對中間代碼進行優(yōu)化，提高程序的運行效率。優(yōu)化0201030405編譯過程概述02詞法分析詞法分析是編譯過程的第一階段，其任務(wù)是將輸入的字符串分割成一個個的單詞或符號，為后續(xù)的語法分析提供單詞或符號序列。詞法分析也稱為掃描或詞法掃描，其結(jié)果是生成一個單詞或符號的有序集合，稱為“詞法單元”或“token”。詞法分析器通常采用正則表達式進行詞法單元的識別和匹配，并使用有限自動機來實現(xiàn)。詞法分析概述詞法分析過程詞法分析器從源程序的起始位置開始，逐字符地讀取輸入，直到源程序結(jié)束。在讀取過程中，詞法分析器不斷地識別出一個個的單詞或符號，并將其加入到詞法單元的輸出序列中。對于源程序中的注釋、空白符等非單詞或符號字符，詞法分析器會直接忽略。生成詞法分析器通常需要編寫一個詞法分析器的生成器，也稱為“詞法分析器生成器”或“掃描器生成器”。用戶需要編寫一系列的正則表達式來描述源程序中的各種單詞或符號，并使用詞法分析器生成器將這些正則表達式轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行的詞法分析器程序。常見的詞法分析器生成器有Lex、Flex等工具，它們可以根據(jù)用戶提供的正則表達式自動生成相應(yīng)的詞法分析器。詞法分析器生成03語法分析語法分析是編譯過程的核心環(huán)節(jié)，用于將源代碼分解為一系列的語法結(jié)構(gòu)，以便后續(xù)的語義分析和代碼生成。語法分析的目標(biāo)是將源代碼轉(zhuǎn)化為抽象語法樹（AbstractSyntaxTree,AST），AST是源代碼的樹形表示，能夠清晰地展示出代碼的結(jié)構(gòu)和語義。語法分析是編譯過程中最復(fù)雜的部分之一，需要嚴謹?shù)乃惴ê蛿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)支持。語法分析概述自頂向下的語法分析030201自頂向下的語法分析也稱為預(yù)測分析或移位歸約分析，其基本思想是從文法的起始符號出發(fā)，不斷進行歸約操作，直到產(chǎn)生目標(biāo)語言的所有句子。自頂向下的語法分析主要采用預(yù)測分析器和優(yōu)先分析器等算法，其中預(yù)測分析器是最簡單且應(yīng)用最廣泛的一種。自頂向下的語法分析算法簡單易懂，但存在處理能力較弱和效率較低等缺點，因此在實際應(yīng)用中受到一定限制。自底向上的語法分析也稱為歸約分析或移位規(guī)約分析，其基本思想是從文法的最左子句出發(fā)，不斷進行移位操作，直到產(chǎn)生目標(biāo)語言的所有句子。自底向上的語法分析主要采用LR(0)、SLR(1)、LALR(2)等算法，其中LR(0)算法是最基礎(chǔ)且應(yīng)用最廣泛的一種。自底向上的語法分析算法處理能力強且效率高，因此在編譯原理中占據(jù)重要地位。但算法實現(xiàn)較為復(fù)雜，需要嚴謹?shù)乃惴ê蛿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)支持。自底向上的語法分析04中間代碼生成03中間代碼的形式常見的中間代碼形式有抽象語法樹（AbstractSyntaxTree,AST）和三地址代碼（ThreeAddressCode,TAC）。01中間代碼定義中間代碼是源代碼和目標(biāo)代碼之間的代碼，用于表示源程序的結(jié)構(gòu)和語義。02中間代碼的作用中間代碼作為源代碼和目標(biāo)代碼之間的橋梁，可以方便編譯器進行優(yōu)化和轉(zhuǎn)換。中間代碼生成概述三地址代碼的特點三地址代碼具有簡單、易操作的特點，方便編譯器進行優(yōu)化和轉(zhuǎn)換。三地址代碼的生成方法常見的三地址代碼生成方法有靜態(tài)單賦值形式（StaticSingleAssignment,SSA）和靜態(tài)單賦值形式的擴展。三地址代碼定義三地址代碼是一種中間代碼形式，它以三個操作數(shù)的形式表示運算。三地址代碼生成循環(huán)優(yōu)化的定義循環(huán)優(yōu)化是指在編譯過程中對循環(huán)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，以提高程序的執(zhí)行效率。循環(huán)優(yōu)化的方法常見的循環(huán)優(yōu)化方法有循環(huán)展開、循環(huán)合并、循環(huán)嵌套等。循環(huán)優(yōu)化的作用循環(huán)優(yōu)化可以減少循環(huán)的次數(shù)，提高程序的執(zhí)行效率，同時也可以減少程序的內(nèi)存占用。循環(huán)優(yōu)化05代碼優(yōu)化代碼優(yōu)化是指在編譯器中，通過一系列的轉(zhuǎn)換和改進，使生成的機器代碼更加高效的過程。代碼優(yōu)化定義代碼優(yōu)化目標(biāo)代碼優(yōu)化分類提高程序運行速度、減少程序占用空間、提高程序可維護性和可讀性。按照優(yōu)化范圍可分為局部優(yōu)化和全局優(yōu)化，按照優(yōu)化性質(zhì)可分為靜態(tài)優(yōu)化和動態(tài)優(yōu)化。030201代碼優(yōu)化概述將復(fù)雜的變量計算替換為簡單的常量或寄存器變量，減少計算量。變量替換將循環(huán)體多次執(zhí)行，減少循環(huán)次數(shù)，提高循環(huán)內(nèi)代碼的執(zhí)行效率。循環(huán)展開刪除永遠不會被執(zhí)行的代碼，減少程序占用空間。死代碼刪除將常量表達式的結(jié)果在編譯時計算出來，避免在運行時進行計算。常量折疊局部優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如使用哈希表代替數(shù)組進行查找等。公共子表達式消除消除重復(fù)計算的公共子表達式，減少計算量。循環(huán)不變量代碼外提將循環(huán)不變量代碼移出循環(huán)體，減少循環(huán)次數(shù)。函數(shù)內(nèi)聯(lián)將小的函數(shù)直接嵌入到調(diào)用點，避免函數(shù)調(diào)用的開銷。全局優(yōu)化06目標(biāo)代碼生成123目標(biāo)代碼生成是編譯器的一個重要階段，它負責(zé)將源代碼轉(zhuǎn)換成機器可以執(zhí)行的指令。目標(biāo)代碼生成器通常采用三地址碼作為中間表示，三地址碼是一種類似于匯編語言的控制流程圖。目標(biāo)代碼生成器需要考慮許多因素，如指令集、尋址模式、寄存器分配等，以確保生成的代碼高效、正確和可優(yōu)化。目標(biāo)代碼生成概述寄存器分配的目標(biāo)是減少內(nèi)存訪問次數(shù)，提高指令執(zhí)行速度。常見的寄存器分配算法包括圖著色法、線性掃描法和循環(huán)展開法等。寄存器分配是目標(biāo)代碼生成中的一項重要任務(wù)，它涉及到如何有效地使用有限的寄存器資源。寄存器分配1指令選擇與調(diào)度指令選擇與調(diào)度是目標(biāo)代碼生成中的另一