编译原理第四讲

合集下载

《编译原理教程》第四章语义分析和中间代码生成

控制流分析和数据流分析案例
总结词
控制流分析和数据流分析是编译器设计中两种重要的语义分析技术。
详细描述
在控制流分析案例中，我们以一个具有条件语句和循环的程序为例，分析其控制流图（Control Flow Graph， CFG）。CFG是一个有向图，用于表示程序中各个基本块之间的控制流程关系。通过CFG，编译器可以检测到潜在的程序错误，如死代码和无限循环。在数据流分析案例中，我们使用数据流方程来跟踪程序中变量的值在执行过程中的变化。我们以一个简单的程序为例，该程序包含一个变量在函数调用后被修改的情况。通过数据流分析，我们可以确定变量的最新值，以便在后续的语义分析中使用。
定义
三地址代码是一种中间代码形式，它由一系列的三元组操作数和操作符组成。
特点
三地址代码具有高度规范化，易于分析和优化，且易于转换成目标代码。
常见形式
常见的三地址代码有三种基本形式，即加法、减法和赋值。
循环优化
定义
循环优化是指在编译过程中，对循环结构进行优化，以提高目标代码的执行效率。
常见方法
将源程序分解成一个个的词素或标记。
语法分析
根据语言的语法规则，将词素或标记组合成一个个的语句或表达式。
语义分析
对语法分析得到的语句或表达式进行语义检查，确保其语义正确。
中间代码生成
基于语义分析的结果，生成中间代码。
02
语义分析技术
类型检查
类型检查是编译过程中对源代码进行语义分析的重要环节，其主要目的是确保源代码பைடு நூலகம்类型安全。
常见的循环优化方法包括循环展开、循环合并、循环嵌套等。
优化效果
通过循环优化，可以减少循环的次数，提高程序的执行效率。

《编译原理》理论教学大纲

《编译原理》理论教学大纲（2001年制订，2004年修订）课程编号：英文名：Compiling Principle课程类别：专业主干课前置课：程序设计基础、数据结构、汇编语言、离散数学后置课：无学分：4学分课时：72课时（其中理论教学54课时，实验教学18课时）主讲教师：苏杭丽等选定教材：吕映之，张素琴，蒋维杜.编译原理.北京：清华大学出版社, 2001年.课程概述：本课程是计算机科学与技术专业的专业主干课程，介绍了程序设计语言编译程序构造的一般原理、基本设计方法、主要实现技术方法和一些自动构造工具，如：语言基础知识、词法分析、语法分析、有限自动机理论、形式语言的识别、语义检查、运行时的存储管理、代码优化和代码生成以及整个编译程序的构造过程。

教学目的：掌握编译程序构造的一般原理、基本设计方法、主要实现技术和一些自动构造工具，巩固《程序设计语言》、《数据结构》、《汇编语言》、《离散数学》等基础知识，能将编译程序中的概念和技术应用于一般的软件设计之中，能够独立完成小型编译程序。

教学方法：理论讲课与上机实验结合。

首先从剖析一个简单的编译程序（PL/0）入手，对编译程序设计的基本理论，如有穷自动机、上下文无关文法等给予必要的介绍；对于广泛使用的语法分析和语义分析技术，如递归子程序法、算符优先分析、LR分析及语法指导翻译等进行了详细讲解；对编译程序的结构及其各部分功能、实现方法以及整体的设计考虑等给予描述。

此外，还介绍了编译原理的构造工具。

“编译原理”是一门对实践性要求较高的课程，教学中设置了实验课，强化对理论的理解。

各章教学要求及教学要点第一章编译程序概论课时分配：2课时教学要求：了解什么是编译程序；了解编译过程。

教学内容：第一节什么是编译程序一、编译程序的基本知识第二节编译过程概述一、词法分析阶段二、语法分析三、语义分析阶段四、中间代码生成五、代码优化六、目标代码生成第三节编译程序的结构一、编译程序的6个基本过程二、编译程序的两个管理功能第四节编译阶段的组合一、编译的前端二、编译的后端第五节编译技术和软件工具一、语言的结构化编辑器二、语言的调试工具三、语言的测试工具四、高级语言之间的转换工具五、并行编译技术思考题：1.编译程序的工作过程包括哪几个基本阶段？2.介绍词法分析的概念。

《编译原理》第4章词法分析

编译原理武汉大学计算机学院编译原理课程组第4章词法分析·词法分析器·单词符号·词法分析程序设计·词法分析器的自动生成4.1 词法分析器与单词符号词法分析程序依据语言词法规则，分析由字符组成的源程序，把它识别为一个一个具有独立意义的最小语法单位，即“单词”，并识别出与其相关的属性(如是标识符，是界限符，还是数，等等)，再转换成长度上统一的标准形式——属性字，把字符串形式的源程序改造成为单词符号串(属性字)形式的中间程序，以供其它部分使用。

1. 词法分析程序的作用如删除注解、空格、回车符、换行符之类非必要信息，把标识符登录入符号表及某些预加工处理等。

4.1 词法分析器与单词符号2.词法分析程序的地位·作为一个独立阶段⑴能独立地研究词法与语法两方面的特性。

⑵词法规则简单，可建立特别适用的有效分析技术，易于实现词法分析程序生成自动化。

⑶可以就同一语言，为每种不同的机器编写一个词法分析程序，而只编写一个共同的语法分析程序。

每当语法分析程序需要一个单词符号时就调用词法分析子程序，每一次调用，词法分析子程序就从源程序中识别出一个单词符号交给语法分析程序。

2.词法分析程序的地位4.1 词法分析器与单词符号·作为一个独立阶段·安排为一个子程序4.1 词法分析器与单词符号3. 单词符号程序语言的单词符号一般可分为五种：关键字、标识符、常数、运算符、界限符。

•单词种别一类一码；一符一码。

•单词符号的属性值反映单词符号特征或特性的值。

如标识符的符号表指针，常数的常数表指针等。

4.2 扫描程序的设计1．预处理如删除注解、空格、回车符、换行符之类非必要信息。

从源程序中处理出一串确定长度的输入字符，并将其装进词法分析程序指定的缓冲区——扫描缓冲区中。

4.2 扫描程序的设计1．预处理2．单词符号的识别——超前搜索•关键字的识别•标识符的识别•常数的识别•算符和界限符的识别4.2 扫描程序的设计状态转换图的实现：将状态转换图看作是通常的程序框图。

编译原理课件第四章

中间代码生成的过程和方法
过程
中间代码生成是将源代码转换为中间表示形式的过程，可以使用三地址码等中间代码表示。
方法
中间代码生成可以应用常见的优化技术，如常量折叠、公共子表达式消除等。
编译优化的基本原理和技术
基本原理
编译优化的基本原理包括消除冗余、提高并行度和改进数据局部性等。
技术
编译优化的常用技术有指令调度、循环优化和内函数等。
编译原理课件第四章
在这一章中，我们将介绍编译原理课件中的第四章内容。我们将探讨编译器前端和后端的概念，以及它们各自的任务和流程。
编译器前端和后端
1
编译器后端
2
编译器后端负责中间代码生成、代码优化和目标代码生成等任务。
编译器前端
编译器前端负责词法分析、语法分析和语义分析等任务。
语法分析器的作用和原理
1 作用
语法分析器用于分析源代码的语法结构，并生成抽象语法树。
2 原理
语法分析器使用文法规则和语法分析算法进行解析，如LL(1)分析和LR分析。
语法制导翻译的概念和实现
概念
语法制导翻译是在语法分析的同时进行翻译，通过语法规则和语义动作实现。
实现
语法制导翻译可以使用语义动作和符号表等技术来实现语义分析和中间代码生成。

西安交通大学编译原理课件

E→E+a|a E⇒E+a ⇒E+a+a ⇒… L(G)={a,a+a,a+a+a,…}
5
上下文无关文法回顾
A→Aa|a A→aA|a
L(G)={an|n为整数，n≥1}
A→Aα|β A→αA|β
A→ε
β不以A开头 L(G)={βαn|n为整数，n≥0}
L(G)={ε,…}
A→Aa|ε A→aA|ε
10
Parse Trees and Abstract Syntax Trees
推导：从开始符号起构造特定句子的一个方法推导：不能够唯一地表示所推到出的句子的结构
11
上下文无关文法回顾
exp→exp op exp|(exp) | number op →+|-|*
(number – number) * number
15
exp⇒exp op exp ⇒(exp) op exp ⇒(exp op exp) op exp ⇒(number op exp) op exp ⇒(number - exp) op exp ⇒(number - number) op exp ⇒(number - number) * exp ⇒(number - number) * number
typedef struct streenode
{ ExpKind kind;
OpKind op;
struct streenode *lchild, *rchild;
int val;
} StreeNode;
typedef StreeNode *SyntaxTree;
18
Yinliang Zhao （赵银亮）

《编译原理》教学大纲

《编译原理》教学大纲大纲说明课程代码： 3225003总学时： 64 学时（讲课 48 学时，实验16 学时）总学分： 4课程类别：学科基础课适用专业 : 计算机科学与技术（专业）预修要求： C 语言程序设计、 C++ 程序设计、数据结构课程的性质、任务及地位：《编译原理》是计算机科学与技术专业的一门重要基础课。

通过对该课程的学习，使学生掌握编译过程中的相关原理和编译技术，让学生能初步进行编译程序的开发和维护，同时促进提高学生开发软件的能力。

教学目的与基本要求：本课程的目的，通过向学生讲述编译系统的结构、工作流程及编译程序各部分的设计原理和实现技术，使学生既掌握编译技术理论的基础与基本知识，也具有设计、实现、分析和维护编译程序等方面的初步能力。

本课程理论性较强。

因授课对象为工科学生，所以在强调编译系统的构造原理和实现方法的同时，为培养学生的实际工作能力，通过上机实践进一步加深学生对课堂教学内容的理解。

目的是要使学生牢固掌握相关的基本理论和基本方法，并能初步利用上述理论和方法解决简单实际问题。

教学方法和教学手段的建议：在教学方法上，贯彻理论联系实际、“精讲、多练”的原则，进行案例式、启发式的教学，对于一些实际性较强的问题要多采用课堂讨论等方式，以提高学生的思辨能力和学习的主动性；引导学生读书、理解、体悟、运用相结合；提高学生的学习兴趣与热情，培养与发挥学生的提出、分析及解决问题的能力。

教学手段：运用多媒体教学手段 +黑板 +上机实验的手段。

采取课堂讲授、课堂讨论、课后练习与自学等形式。

大纲的使用说明：大纲对课程性质、目的等作简单说明，同时列出各章节要学习的知识点、重点、难点，便于教学时教授重点的安排和学生自学安排。

大纲正文第一章引论学时： 4 学时（讲课 4 学时，实验 0 学时）了解编译的概念；理解编译程序的各组成部分及功能。

本章讲授要点：介绍程序设计语言与编译程序间的关系，主要内容包括：各级程序设计语言的定义、源程序的执行、编译程序的构造、编译程序的分类、形式语言理论与编译实现技术的联系。

编译原理课件-词法分析

有窮自動機分為兩類：確定的有窮自動機 (Deterministic Finite Automata)和不確定的有窮自動機(Nondeterministic Finite Automata) 。
關於有窮自動機將討論如下內容
確定的有窮自動機DFA 不確定的有窮自動機NFA NFA的確定化 DFA的最小化
VT={a,d} VN={S,A,B}
A B(ad)B B
AdB
正規文法和正規式
對G=(VN,VT,P,S),存在一個 =VT上的正規式R : L(R)=L(G)
AxB AxAy Axy
, By ≈ A=xy ≈ A=xy ≈ A=xy
正規文法和正規式
G[s]:SaA|a AaAadAd
A(ad)A(ad)
=f（Q，b）=Q
Q屬於終態。
得證。
a
Ua b, a
S
b
aQ
b
V
b
DFA M所能接受的符號串的全體記為L(M).
對於任何兩個有窮自動機M和M′，如果L(M)=L(M′)，則稱M與M′是等價的.
結論：
上一個符號串集V是正規的，當且僅當存在一個上的確定有窮自動機M，使得V=L(M)。
DFA的確定性表現在轉換函數f:K×Σ→K是一個單值函數，也就是說，對任何狀態k∈K，和輸入符號a∈Σ， f(k,a)唯一地確定了下一個狀態。從狀態轉換圖來看，若字母表Σ含有n個輸入字元，那麼任何一個狀態結點最多有n條弧射出，而且每條弧以一個不同的輸入字元標記。
狀態
字元
a
S
U
U
Q
V
U
Q
Q
b
V0
V0
Q0
Q

编译原理课件chapter4

三地址代码的生成
总结词
三地址代码是一种常见的中间代码形式，它由一系列的三元式组成，每个三元式包含一个操作符和两个操作数。
详细描述
三地址代码的生成是编译过程中的一个重要步骤，它通过对源代码进行语法分析和语义分析，将高级语言转换为一系列的三元式。这些三元式表示了源代码中的运算和数据传输操作，可以进一步转换为目标代码。
常见的寄存器分配算法包括基于图的方法、线性扫描算法和遗传
算法等。
目标代码的生成
01
02
03
04
目标代码的生成通常涉及指令选择、指令调度和代码优化等
步骤。
指令选择是根据中间代码选择合适的目标指令的过程，需要考虑指令集架构、语义等约束
。
指令调度是为了确定指令的执行顺序，以充分利用处理器资
源并提高指令级并行度。
为了能够处理连续输入的字符流，词法分析器需要使用一个输入缓冲区来存储尚未处理的字符。
设计状态转换图
根据正则表达式的规则，可以设计出一个状态转换图，用于描述如何将输入的字符转换为相应的词法单元。
词法分析器的实现
编写词法分析器程序
根据状态转换图和输入缓冲区的处理逻辑，可以编写出相应的词法分析器程序。
循环展开
将循环体多次执行，减少循环次数，提高程序
运行效率。
循环优化
通过优化循环结构，减少循环次数，提高程序
运行效率。
函数内联
将函数调用替换为函数体中的代码，减少函数
调用的开销。
循环优化
01
02
03
04
循环展开
将循环体多次执行，减少循环次数，提高程序运行效率。
循环合并
将多个循环合并为一个循环，减少循环次数，提高程序运行

编译原理第4章PPT课件

2、主旨：对任何输入串，试图用一切可能的办法，从开始符号出发，自上而下地为输入串建立一棵语法树。
4
§4.2自上而下面临的问题
二、举例：自上而下方法的分析过程本质上
是一种试探过程，是反复使用不同产生式谋求匹配输入串的过程。
5
§4.பைடு நூலகம்自上而下面临的问题
例：文法 SxAy A**|*
输入串α :x*y
（１）把文法Ｇ的所有ＶＮ按任一种顺序排列成 P1,P2,…,Pn;按此顺序执行；（２）FOR i = 1 To n Do
Begin For j :=1 To i-1 Do 把形如PiPjγ的规则改写成 Piδ1γ|δ2γ|…|δkγ 其中Pjδ1|δ2|…|δk是关于Pj的所有规则；消除关于Pi规则的直接左递归性
ＦＴ’ + T
iℇ
Ｅ’ ℇ
F（E）｜i
F
Ｔ’
输入串：ｉ＋ｉ；如右图所示
ｉ
ℇ
19
§4.３LL(1)分析法
２、由上分析是不是就意味着：当非终结符Ａ面临输入符号ａ，且ａ不属于Ａ的任意候选首符集，但Ａ的某个候选首符集包含ℇ时，就一定可以使Ａ自动匹配？
分析：只有当ａ是在文法的某个句型中允许跟在Ａ后的终结符时，才可能允许Ａ自动匹配，否则，ａ在这里的出现是一种语法错误。
14
§4.３LL(1)分析法
２、当不得回溯时，对文法有什么要求？
∀ 非终结符Ａ的各个候选的首符集的交集均为空。
分析：Ａα
first(α)={a|α⇒* a…,a∈ VT} 若α⇒* ℇ ,则规定ℇ∈ first(α)
即:first(α)是α的所有可能推导的开头终结符或可能
的ℇ。
此时，当要求A匹配输入串时，A根据它所面临的第

编译原理 Chapter 4

expression expression + term expression expression – term expression term term term * factor term term / factor term factor factor ( expression ) factor id
码生成支持语言的演化和迭代
3
语法分析器的作用
• 基本作用
– 从词法分析器获得词法单元的序列，确认该序列是否可以由语言的文法生成
– 对于语法错误的程序，报告错误信息 – 对于语法正确的程序，生成语法分析树 (简称语法树)
• 通常并不真的生产这棵语法分析树
4
语法分析器的分类
• 通用语法分析器
– 可以对任意文法进行语法分析 – 效率很低，不适合用于编表示形式
– 根结点的标号时文法的开始符号 – 每个叶子结点的标号是非终结符号、终结符号或ε – 每个内部结点的标号是非终结符号 – 每个内部结点表示某个产生式的一次应用
• 内部结点的标号为产生式头，结点的子结点从左到右是产生式的体
• 树的叶子组成的序列是根的文法符号的一个句型 • 一棵语法分析树可对应多个推导序列，但每颗分
18
词法分析和语法分析的比较
阶段
输入
输出
描述体系
词法分析源程序符号串词法单元序列正则表达式
语法分析词法单元序列语法树上下文无关文法
19
上下文无关文法和正则表达式 (1)
• 上下文无关文法比正则表达式的能力更强
– 所有的正则语言都可以使用文法描述 – 但是一些用文法描述的语言不能用正则表达式描述
| other open_stmt if expr then stmt