編譯原理簡(jiǎn)明教程（第3版）-課件 第1章 概述-2024

新工科建設(shè)·計(jì)算機(jī)類(lèi)系列教材

免費(fèi)提供編譯原理1基本課程信息編譯原理計(jì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)中重要的系統(tǒng)軟件之一編譯技術(shù)計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言發(fā)展的支柱編譯原理計(jì)算機(jī)科學(xué)中語(yǔ)言處理的基石理論研究軟件開(kāi)發(fā)編譯原理課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)中理解語(yǔ)言處理內(nèi)在機(jī)制、提升軟件開(kāi)發(fā)效率與質(zhì)量、培養(yǎng)系統(tǒng)級(jí)編程思維與創(chuàng)新能力的核心課程。學(xué)分：編譯原理簡(jiǎn)明教程（第3版）馮秀芳

崔冬華

王會(huì)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(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)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(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)法分析、語(yǔ)義分析、中間語(yǔ)言代碼生成和優(yōu)化、目標(biāo)代碼生成、存儲(chǔ)組織與分配、程序的查錯(cuò)與處理等。56目錄第一章概述第二章形式語(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)表和出錯(cuò)處理第十一章

面向?qū)ο笳Z(yǔ)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(guò)程、體系結(jié)構(gòu)語(yǔ)言與編譯程序的關(guān)系了解開(kāi)發(fā)技術(shù)1概述EINLEITUNG重點(diǎn)：編譯程序的概念、編譯程序的結(jié)構(gòu)難點(diǎn)：編譯程序的開(kāi)發(fā)技術(shù)

目錄1.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與翻譯1.2編譯過(guò)程概述1.3編譯程序的開(kāi)發(fā)1.4本章小結(jié)81.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與翻譯計(jì)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(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。B語(yǔ)言（目標(biāo)程序）A語(yǔ)言（源程序）翻譯程序91.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與翻譯計(jì)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(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。B語(yǔ)言（目標(biāo)程序）A語(yǔ)言（源程序）翻譯程序101.1.1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言11匯編語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言即機(jī)器指令，能被計(jì)算機(jī)直接理解與執(zhí)行是符號(hào)化的機(jī)器語(yǔ)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(yǔ)言）A（高級(jí)語(yǔ)言）編譯程序12如何讓計(jì)算機(jī)認(rèn)識(shí)、理解、執(zhí)行高級(jí)語(yǔ)言程序？

匯編程序B（機(jī)器語(yǔ)言）A（匯編語(yǔ)言）匯編程序13

解釋程序純粹的解釋程序并不多見(jiàn)，通常做某種程序的結(jié)合。141.2編譯過(guò)程概述閱讀全文、識(shí)別單詞分析句子語(yǔ)法結(jié)構(gòu)根據(jù)句子含義初步分析修辭加工寫(xiě)出譯文生成目標(biāo)代碼優(yōu)化語(yǔ)義分析語(yǔ)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(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(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：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)for(i=1;i<=100;i++)

sum=sum+1;161.2.1編譯程序的工作過(guò)程編譯程序一般分五個(gè)部分二、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(lèi)語(yǔ)法單位（語(yǔ)法范疇），如“短語(yǔ)”，“句子”，“程序段”，“程序”。例如賦值語(yǔ)句：Z=X+2*Y；

語(yǔ)法分析：遵循語(yǔ)法規(guī)則，采用上下文無(wú)關(guān)文法描述。17編譯程序一般分五個(gè)部分三、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。對(duì)常用的一些語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，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)義檢查等。例如：

3）在過(guò)程調(diào)用中，實(shí)參和形參是否在個(gè)數(shù)、次序、種屬一一對(duì)應(yīng)等。2）在表達(dá)式中，是否有類(lèi)型不匹配的運(yùn)算對(duì)象；1）在說(shuō)明語(yǔ)句中，是否有矛盾的類(lèi)型說(shuō)明；18編譯程序一般分五個(gè)部分“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。z=(x+3)*y/w;（+，x，3，T1）例：四元式（運(yùn)算符，第一運(yùn)算量，第二運(yùn)算量，結(jié)果）(/,T2,

w，z

)（*，T1,y,

T2）19編譯程序一般分五個(gè)部分四、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。

20編譯程序一般分五個(gè)部分從與具體計(jì)算機(jī)的關(guān)系分與機(jī)器無(wú)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?jī)?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(lèi)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(wèn)內(nèi)存所用時(shí)間等。22編譯程序一般分五個(gè)部分1.2.2編譯程序的結(jié)構(gòu)231.3編譯程序的開(kāi)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(kāi)發(fā)周期縮短，但研制仍需大量時(shí)間。追求目標(biāo)過(guò)程自動(dòng)化。1.3.1開(kāi)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

241.3.2開(kāi)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(xiě)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(kāi)發(fā)周期。系統(tǒng)程序程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：編寫(xiě)編譯程序或其它系統(tǒng)軟件的高級(jí)語(yǔ)言。25二、開(kāi)發(fā)技術(shù)自編譯：用某一高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)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(gè)非常簡(jiǎn)單的核心語(yǔ)言L0，用機(jī)器的匯

編語(yǔ)言寫(xiě)其編譯程序T0，擴(kuò)充L0到L1，用L0寫(xiě)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(jí)語(yǔ)言編譯程序搬到B機(jī)器上運(yùn)行。261.3.2開(kāi)發(fā)技術(shù)1.3.2開(kāi)發(fā)技術(shù)三、編譯技術(shù)的發(fā)展面向?qū)ο蟮母呒?jí)語(yǔ)言編譯技術(shù)

并行計(jì)算機(jī)和并行程序編譯技術(shù)27編譯技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，有多名計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的專(zhuān)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(jiǎng)，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

LEX

詞法分析程序自動(dòng)構(gòu)造軟件工具

YACC

語(yǔ)法分析程序自動(dòng)構(gòu)造軟件工具

Llama

編譯程序生成軟件工具

Occs

源語(yǔ)言的定義機(jī)器語(yǔ)言的描述翻譯程序的自動(dòng)生成軟件編譯程序281.3.3編譯程序的自動(dòng)生成291.4本章小結(jié)1．程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)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)