编译原理 课件chapter1
编译原理第一章课件计算机编译原理
• 编译原理概述 • 语言基础知识 • 编译技术与方法 • 编译器构造实践 • 编译器的优化与改进 • 计算机编译原理的应用领域
01
编译原理概述
编译器的定义与作用
编译器定义
编译器是一种将高级语言程序翻译成机器语言程序的软件工 具。
编译器作用
将人类可读的源代码转换为计算机可执行的机器代码，实现 程序的运行。
语义分析技术
01
语义规则定义
定义程序语言的语义规则，包括类型检查、控制流分析、 数据流分析等。
02 03
语义分析算法
根据定义的语义规则，采用相应的语义分析算法对语法分 析得到的语法树进行语义分析，如类型检查算法、控制流 分析算法等。
语义错误处理
在语义分析过程中，对于不符合语义规则的输入，需要进 行错误处理，如报告语义错误信息或进行错误恢复。同时 ，还需要考虑如何处理程序中的异常情况，如异常捕获、 异常处理等。
执行效率。
THANKS
感谢观看
03
编译技术与方法
词法分析技术
词汇识别
将输入的字符流按照某种规则划 分成一个个的单词或符号，即词 法单元。
词法单元分类
将识别出的词法单元按照其性质 和作用进行分类，如关键字、标 识符、运算符、分隔符等。
错误处理
在词法分析过程中，对于不符合 词法规则的输入，需要进行错误 处理，如报告错误信息或进行错 误恢复。
死代码删除
识别和删除永远不会被执行的代码段，以减 小程序体积和提高执行效率。
编译器性能评估
编译速度
衡量编译器将源代码转换为目标代码所需的时间。
代码质量
评估编译器生成的目标代码在运行时所占用的内存和执行效率。
编译原理及其习题解答(武汉大学出版社)课件chap1
6
1.1 程序的翻译
1.1.2 翻译程序 所谓翻译程序，是指这样一种程
序，它能将用甲语言（源语言）编写 的程序翻译成与之等价的用乙语言 （目标语言）书写的程序。
程序的翻译通常有两种方式：一是 “编译”方式，二是“解释”方式。
(2) (* ,
id3 t1
(3) (+ ,
id2 t2
(4) (= ,
t3 -
t1 ) t2 ) t3 ) id1 )
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1.2 编译程序的工作过程
1.2.4 代码优化
依据程序的等价变换规则，尽量压缩目标 程序运行所需的时间和所占的存储空间，以提 高目标程序的质量。
30
代码优化
id1= id2 + id3 * 60
3
第一章 引 论
本节内容： 程序的翻译 编译程序的工作过程 编译程序的结构 编译程序的组织方式 编译程序的构造
4
编译程序在计算机系统中的位置
分类
– 软件 – 系统软件 – 语言处理系统
编译系 统 操作系统
裸机
5
1.1 程序的翻译
1.1.1 程序设计语言 机器语言 001110010010 汇编语言 add R1 2 高级语言 begin x:=9+2 end
行分为两大阶段：编译阶段和运行阶段。 ·如果目标程序是汇编语言程序， 则源程序的执
行分为三大阶段：编译阶段、汇编阶段和运行 阶段。 编译方式下，生成了目标代码，且可多次执行。
9
1.1 程序的翻译
4.关于编译程序的几点说明
编译原理chapter1 编译概述
序
首先研究源程序的语法和语义及运行模
型，源是设计编译程序的出发点。
研究目标计算机，设计目标代码的指令 系统，它是由目标计算机扩充而成，扩 充后的计算机称作抽象计算机。目前的
通用计算机往往和源语言执行模型不一致。。
16
教和学的几个问题
重要性：处理字符串的一般方法；构造 大程序的方法；实用；研究课题：新的 语言及实现技术；并行编译技术。 学习方法 ：（1）源程序是源泉；（2） 把每个阶段放到整个编译程序背景中学 习；（3）认真做作业。 每周有一次答疑。 参与网上教材的修改与创新。
仅依赖目标计算机
遍（PASS)： 对输入文件（源程序或其等价
的中间形式）从头到尾扫视，完成预定的处
理。
输入文件
输出文件
遍
14
把前端组织成一遍扫描
错误的诊查处理
语法分析
源 程 序
词法 分析
语义分析和
中间代码生成
中 间 代
码
符号表管理 15
设计编译程序应首先研究的问题
源
目
程 序
编译程序
标 程
抽 目标 象
1d
b 变 量 real
1 d+4
c 变 量 real
1 d+8
12
错误的诊查处理
编译程序在各个阶段应诊断和报告源程 序中的错误，包括词法错误，语法错误， 语义错误。 编译程序应报告出错地点，并给出简明 准确的提示信息。
13
编译程序（器）的组织
前端和后端
源程序 前 中间代码 后
端
端
目标代码
仅依赖源程序
Techniques, and Tools, AddisonWesly,1986 。
编译原理第一章PPT课件
掌握编译原理有助于提高程序员对程序性能、代码质量和软件
03
工程实践的理解。
编译原理的应用领域
编译器设计
编译原理的核心应用领域之一 是编译器设计，包括源代码到
目标代码的转换、优化等。
解释器设计
解释器是另一种将源代码转换 为机器码的程序，编译原理同 样适用于解释器的设计。
程序分析
编译原理中的一些技术可以用 于程序分析，例如静态分析、 动态分析和程序切片等。
从高级语言的设计开始，逐步向下设计低级语言和机器语言。
数据结构和算法选择
选择合适的数据结构和算法，提高编译器的性能和可维护性。
代码优化
在生成目标代码之前，对中间代码进行优化，以提高目标代码的性能 和质量。
04 语言与语法
语言的定义与分类
总结词
语言的定义与分类是编译原理的重要基础，它涉及到语言的语法、语义和语用等方面。
语言的语义分析
总结词
语义分析是编译过程中的重要环节，它涉及 到对语言意义的解释和理解。
详细描述
语义分析是对源代码进行静态分析的过程， 目的是理解源代码的意义和功能。在语义分 析阶段，编译器会检查源代码中是否有语法 错误、类型错误、逻辑错误等，并对其进行 相应的处理。同时，语义分析还会进行符号 表管理、类型检查、控制流分析等工作，以
详细描述
中间代码生成是编译过程的第三步，其主要任务是将抽象语法树转化为中间代码。中间代码是一种抽象的、与具 体机器无关的代码形式，通常采用三地址码、四元式等表示方式。中间代码的主要目的是为了方便后续的优化和 目标代码生成。
代码优化
总结词
对中间代码进行优化，提高执行效率。
详细描述
代码优化是编译过程中非常重要的一步，其主要任务是对中间代码进行优化，以提高生成的目标代码 的执行效率。常见的优化技术包括常量折叠、无用代码删除、循环展开等。
编译原理 第1章课件
第一章编译程序概述目录1.1 什么是编译程序1.2 编译过程概述1.3 编译程序的结构1.4 编译阶段的组合1.5 编译技术和软件工具1.1 什么是编译程序编译程序：是一个语言翻译程序,是将用高级语言书写的源程序翻译成等价的低级语言的翻译程序。
（C ,Pascal,Foxbase 等） （机器语言，汇编语言） 翻译程序：是把一种语言书写的程序（源程序）翻译成另一种语言（目标语言）的等价的程序。
编译程序的重要性：使得计算机用户不必考虑与机器有关的繁琐细节，使程序员和程序设计专家独立于机器。
编译程序的发展■第一个编译程序的出现：20世纪50年代早期，主要将算术公式翻译成机器代码■20世纪50年代中期，一批编译系统程序开发成功■20世纪50年代末，开始研究编译程序的自动生成工具（LEX 、Y ACC ）■20世纪60年代，研究使用自展技术，1971年PASCAL 自展技术成功后，影响越来越大。
1.2 编译过程概述一个编译程序的整个工作过程是划分成阶段进行的，每个阶段将源程序从一种表示形式转换成另一种表示形式。
典型的划分方法：(下图)词法分析阶段：编译过程的第一个阶段从而识别出一个个单词。
(逻辑上紧密相连的一组字符，这些字符具有集体含义。
)单词：标识符，保留字，常数、算符，界符等语法分析：编译过程的第二个阶段依据语言的语法规则从单词符号串中识别出各种语法单位（如“程”，“语句”，“表达式”等）。
目的：检查各种语法单位在语法结构上的正确性。
例子中：符合赋值语句的语法规则，即：<变量>=<表达式>例：s=2*3.1416*r*(h+r)规则<赋值语句>::=<标识符>“=”<表达式> <表达式>::=<表达式>“*”<表达式> <表达式>::=<表达式>“+”<表达式> <表达式>::=“(”<表达式>“)”<表达式>::=<标识符> <表达式>::=<整数> <表达式>::=<实数> ■词法分析和语法分析本质上都是对源程序的结构进行分析。
编译原理(1)50页PPT
编译程序
将一种语言书写的程序翻译成另一种语 言的等价的程序。 编译程序的输入对象称为源程序。 编译程序的输出对象称为目标程序。
高级语言程序的处理过程
常用的翻译工具有3种
根据被翻译语言与执行方式的不同 1.汇编程序
用于特定计算机上的汇编语言的翻译程序。
2.编译程序 3.解释程序
对源程序进行翻译的程序
sum = first+count*10
id1∶=id2+id3*10 四元式(运算符,运算对象1,运算对象2,结果)
5.中间代码优化
任务：通过调整和改变中间代码中某些 操作的次序，最终产生更加高效率的目 标代码 优化所依循的原则是程序的等价变换规 则 其方法有：公共子表达式的提取、循环 优化、删除无用代码等。
任务：扫描源程序，根据语言的词 法规则，分解和识别出每个单词， 并把单词翻译成相应的机内表示。 单词是语言中最小的语义单位 在词法分析阶段工作所依循的是语 言的词法规则。描述词法规则的有 效工具是正规式和有限自动机。
Pascal源程序片断
position := initial + rate * 60
二.编译程序概述
源程序 词法分析 语法分析 语义分析 中间代码生成 代码优化 目标代码生成
目标程序
英译与编译的比较
1.识别出句子中的一个个单 1.词法分析 字
2.分析句子的语法结构
2.语法分析
3.初步翻译句子的含意
3.语义分析中间代码 生成
4.译文修饰
4.优化
5.写出最后译文
5.目标代码生成
1.词法分析
表格与表格管理
编译过程中源程序的各种信息被保留在 种种不同的表格里，编译各阶段的工作 都涉及到构造、查找或更新有关的表格， 因此需要有表格管理的工作
编译原理PPT课件第一章 编译引论
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五 子程序参数传递
当调用一个子程序时,首先应将所需的数据传递给子程序, 传递方式主要有三种: 传值,传地址,传名 设有如下函数: function distence(x1,y1,x2,y2):real; begin distence:=sqrt((x2-x1)**2+(y2-y1)**2) end; x1,y1,x2,y2 称为形式参数 设主程序调用如下: d=distence(a1,b1,a2,b2); a1,b1,a2,b2 称为实际参数.
子程序空间编译时可确定活动记录运行时可确定可变空间活动记录?连接数据?形式参数?局部变量?数组内情向量表?临时变量等活动记录可变空间堆栈精选ppt32此课件下载可自行编辑修改供参考
1
第一章
一 什么是编译程序？
引论
第一节、编译程序概述
计算机经过几十年的发展， 在程序设计语言方面,已经从 低级语言发展到高级语言;然而,计算机内部的本质只能识别 0 , 1 代码序列（机器语言）,而对高级语言甚至符号语言仍然一窍 不通。 因此用高级语言编写的程序,必须先翻译为机器语言， 才能被计算机理解执行。第一个完成这种翻译任务的编译程序 为FORTRAN编译程序,是上世纪五十年代设计的.
7> 子程序调用 函数调用一般出现在表达式中,形式如下: <函数名>(实际参数) 过程调用一般作为语句,形式如下: <过程名>(实际参数);
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8> 输入输出语句 read(<变量名表>); write(<输出元表>); 9> 简单句和复合句 简单句是指不包含其它语句的基本语句, 复合句是指句中有句. 例如: V:=E,goto L ,read(a,b) 等都是简单句; if B then S else S, while B do S 等都是复合句.
《编译原理课件》PPT课件
容易翻译成目标代码。 常用的中间代码有三地址码、四元式、三元
式、间接三元式、逆波兰表示（后缀式）、 树形表示等。
14
中间代码：四元式
例： id1:=id2+id3*10
sum:=first+count*10 翻译为四元式中间代码的形式：
5
1.2 编译程序的工作过程与结构
一个编译程序的整个工作过程是划分成阶段 进行的，每个阶段将源程序从一种表示形式 转换成另一种表示形式。
编译阶段的典型划分方法是划分为5个基本阶 段：词法分析、语法分析、语义分析产生中 间代码、代码优化、代码生成。
掌握编译过程的5个基本阶段，是学习编译原 理课程的基本内容。
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自编译：T形图表示
PASCAL2
A代码
PASCAL2
A代码
PASCAL1 PASCAL1
A代码 A代码
用PASCAL1语言 编写的功能更
强的PASCAL2语 言编译程序的
Ａ代码
已有的PASCAL1 语言的编译程序
自编译得到
功能更强的
PASCAL2语言 的编译程序
源程序
注意：T形图的组合规则：① ②
Java语言的操作平台无关性的实现就是如此。
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1.3 编译程序的开发
构造编译程序，可以：
1. 使用机器语言或汇编语言作工具构造 2. 使用高级语言作工具构造 3. 使用机器语言或汇编语言构造编译程序的核心
部分，使用高级语言构造编译程序的扩充部分 4. 使用编译程序自动生成工具构造
使用高级语言作工具构造编译程序可以大大节 省程序设计的时间，并且编译程序易于阅读、 维护和移植。
编译原理课件chap01(陈火旺)
第一章 引 论第一章 引论1.1 1.1 什么叫编译程序什么叫编译程序编译程序编译程序::是指这样的程序，它能够把某种语言的程序转换成另一种语言的程序，而后者与前者在逻辑上是等价的。
如果源语言是诸如源语言是诸如FORTRAN FORTRAN FORTRAN、、Pascal Pascal、、C 、Ada Ada、、Smalltalk Smalltalk或或Java Java这样的这样的“高级语言”，而目标语言如汇编语言之类的“低级语言”这样的翻译程序则称之为编译程序。
本课程主要介绍设计和构造编译程序本课程主要介绍设计和构造编译程序的基本原理和方法。
编译程序又简称为“编译器”•第一个编译器是20世界50年代的后期出现的FORTRAN语言编译器。
•同样，解释程序又简称为“解释器”，但是在概念上与编译器有明显区别：编译程序是源转换系统，而解释程序是源程序的一个执行系统。
编译程序的结果是得到等价源程序的某种目标机程序，而解释程序的结果是得到源程序的执行结果，即它相当于执行源程序的抽象机。
第一章引论注意编译程序与解释程序的区别，一个语言的解释程序是这样的程序：它以该语言写的源程序作为输入，但不产生目标程序，而是边解释边执行源程序本身。
术语“编译”的内涵是实现从源语言表示的 术语算法向目标语言表示的算法的等价变换。
第一章引论高级语言分类及其编译：过程式语言：FORTRAN Pascal Ada C （特点：面向驱动，面向语句，由系列的语句组成）函数式语言：LISP ML ASL（注重程序表示的功能，而不是一个语句接一个语句的执行）从已有的函数出发构造更复杂的函数。
逻辑式语言：PROLOG（检查一定的条件，当满足时，则执行适当的动作。
）对象式语言：SMALLTALK C++（封装性、继承性、多态性）第一章引论这里主要研究过程式语言的编译高级语言分类及其编译：过程式语言：FORTRAN Pascal ADA C函数式语言：LISP ML ASL逻辑式语言：PROLOG对象式语言：SMALLTALK C++函数式语言与逻辑式语言，特别是逻辑式语言，其编译技术与过程式语言的差别比较大；因对象式语言的载体基本上是过程式的，所以其编译程序也不难理解。
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字 种 过 变 变 变
类 类 程 量 real 量 量 real real
型 层
0
次 偏移量
1 1 1
d d+4 d+8
12
1.3.7 错误的诊查处理
编译程序在各个阶段应诊断和报告源程序 中的错误,包括词法错误,语法错误,语义 错误. 编译程序应报告出错地点,并给出简明准 确的提示信息.
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1.4 编译程序(器)的组织
22
�
重要性: 新的处理器的研制; 处理字符串的一般方法; 构造大程序的方法. 研究课题: 新的语言及实现技术; 构造编译程序的工具; 并行编译技术.
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学习方法 : (1)源程序是源泉; (2)把每个阶段放到整个编译程序结构中 学习; (3)认真做作业. 每周有一次答疑. 参与网上教材的修改与创新.
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10
1.3.5 编译后端
中间代码 优 化
Temp1 :=c * 60.0 a := b+temp1 生成目标代码 movf mulf movf addf movf c , r2 ; #60.0 , r2 ; b , r1 ; r2 , r1 ; r1 , a ;
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1.3.6 维护符号表
名 m a b c
3
1.1 什么是编译
就是把高级语言程序翻译成等价的 低级语言的过程.
目
程 序 编译程序
标 程 序
编译系统:编译程序和运行程序
4
1.2 编译程序的逻辑结构
符
词 源 程 序 析 分 析 法 分 析 成 法 分 生 化 成 语 义 代 码 生 码
号
语
表
中 间
管
优
理
目 标 代 码 代 标 目
理
5
1.3 编译器各阶段的工作
7
1.3.2 赋值语句经语法分析生成分析树
赋值语句 变 量 a := 表达式 项 因子 b 表达式 + 项 因子 c 项 * 因子 60
8
1.3.3 赋值语句经语义分析生成语法树 := a b c + * inttoreal 60
9
1.3.4 生成中间代码
temp1:=inttoreal(60); temp2:=c * temp1; temp3:=b +temp2; a :=temp3;
源 目 程 序 标
编译
编译程序
序
程
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首先研究源程序的语法和语义及运行模型, 源是设计编译程序的出发点. 研究目标计算机,设计目标代码的指令系统, 它是由目标计算机扩充而成,扩充后的计算机 称作抽象计算机.目前的通用计算机往往和源 语言执行模型不一致. 设计编译程序由几遍完成,每遍的工作等.
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1.6 教和学的几个问题
前端和后端 前
源程序
后 端
中间代码
端
目标代码
源程序
目标
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பைடு நூலகம்
遍(PASS):
对输入文件(源程序或其等价的中间形式) 从头到尾扫视,完成预定的处理.
输入文件
遍
PASS
输出文件
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把前端组织成一遍扫描
错误的诊查处理 语法分析 源 程 序 词法 分析 语义分析和
中间代码生成
中 间 代 码
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理
1.5 编译器的设计
1.7 教材和参考书
1.7.1 教材 1. 杜淑敏等编著, 编译程序设计原理:
北京大学出版社,1997.12.
2. 网络版.
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1.7.2 参考书
(1)吕映芝等,编译原理:清华大学出版社,1998. (2)陈火旺等,程序设计语言编译原理:国防工业
出版社,1984.
(3)Alfred V.Aho, Ravi Sethi&Jeffrey D .Ullman , Compilers:Principles, Techniques, and Tools, Addison-Wesly,1986 . (4)Andrew W .Appel and Maia Ginsburg , Modern Compiler Implementation in C, Cambridge University press,1998
源程序:
PROGRAM m; VAR a,b,c:real; BEGIN read(b,c); a:=b+c*60; write(a) END.
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1.3.1经词法分析源程序被加工成单词流
<保留字,PROGRAM> <标识符,m> <分隔符,; > <保留字,VAR> <标识符,a> …… <标识符,a> < 算符 ,:= > <标识符,b> < 算符,+ > <标识符,c> <算符,* > <常数 ,60> …… <保留字, END> <分隔符,. >