编译原理( 陈火旺)第2章 高级语言及其语法描述
编译原理和离散数学
2011年考研，离散数学和编译原理怎么复习2010-06-23 10:37离散数学和编译原理前阵子很多人在议论说2010年如果加考离散数学怎么办。
其实，在本科阶段，这两门课是典型的学起来很难而考试出题比较简单的科目。
就算2010年添了离散数学，也肯定占不了太多的分，认真把定义搞懂搞熟，拿个七八成的分不是多大问题。
离散数学蛮多的内容出题和解题的思路都是死的，不像高数有那么多的定理和公式，遇到难题还要拆来凑去啥的。
尤其要注意的一点是——紧扣定义！！打个易懂的比喻，高等数学是求值，线性代数是求解的个数，那么离散数学的一个核心要素就是求元素以及集合之间的相互关系。
不要抱着一种求具体值的思想来解离散数学题。
离散数学和编译原理是学好了很有用的两门课，要钻进去，而不是逃避，因为你当初义无反顾地选择了计算机科学与技术这个振奋人心的专业。
离散数学中的集合论思想对我们思考问题的方式有着巨大帮助，而编译原理是要写出高效能软件所必须掌握的课程。
中国科学技术大学2009年计算机学院考研复试就以笔试形式考了这两门课，100分，占了复试的半壁江山了，可见它们的重要性。
\计算机基础综合的大纲到8月初左右公布，如果真要考的话，我推荐下参考书：<<离散数学>>——方世昌编著西安电子科技大学出版社配套有本绿色的习题解答，写的很详细。
我本科是西电计算机学院的，做过这2本书，感觉不错。
而它更是被指定为这次中科大复试的参考书目，多少具备了一定的权威性。
方世昌老师是个不折不扣的牛人，国内第一本外文算法书教材就是他翻译过来的，我读过一本<<算法设计技巧与分析>>也是他翻译的。
编译原理有些学校复试可能会考，认真研究一下陈意云老师的<<编译原理>>和配套那本薄薄的习题精选（高等教育出版社），就没啥问题了。
关于政治改革和报辅导班听说2010年政治变动蛮大，也不必惊慌，第一次改革一般出题都不会很难。
编译原理第2章
例1：文法的几种写法
① G=({S,A}， {a,b}， P， S) ② G： S→ aAb ε A→ ab|aAb| 其中P： S→ aAb ε ③ G[S]： S→ aAb A→ ab|aAb| ε A→ ab|aAb|
§2.3 程序语言的语法描述
例2：Pascal语言中控制语句的文法
+ 1 n * 1 n
§2.3 程序语言的语法描述
（ 4） 定义语言： G是一文法， S为其开始符， 如果S ， 则 S 为一句型； 只含终结符的句型称为句子； G所产生的 称 句子全体是一个语言， 记为 L(G)， 即： |S L G | S & V & ∈V * } L(G)={ T
二、带标号语句 labeled-statement: identifier : statement case constant-expression : statement default : statement
§1.1 什么是编译程序
三、表达式语句
expression-statement: expressionopt ;
if (condition) statement else statement switch (condition) statement
condition:
expression type-specifier-seq declarator = assignment-expression
§1.1 什么是编译程序
§2.3 程序语言的语法描述
（3）上下文无关文法的形式定义 一个上下文无关文法G为一四元式（ VT , VN , S , P）： ① VT:非空有限集， 元素为终结符， 表示单词； ② VN:非空有限集， 元素为非终结符， 表示语法单位； (VN∩VT=φ ) ③ S:开始符； ɑ ， A∈VN, ④ P:产生式集（ 有限）， 元素形如A→ ɑ ∈( V ∪V )* （ S在某产生式左部至少出现一次） N T
编译原理02高级语言及其语法描述
无条件转移语句：goto L 条件语句：if B then S if B then S1 else S2 循环语句：while B do S repeat S until B for i:=E1 step E2 until E3 do S 过程调用语句：call P(X1,X2,…,Xn) 返回语句：return(E)
缩写形式：A α1|α2
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若Aγ是一个产生式，且α,β∈(VT∪VN)*，则称αAβ直 接推出αγβ，即： αAβαγβ 如果α1α2 … αn，则称该序列是从α1到αn的一个 推导
若存在一个从α1到αn的一个推导，则称α1可推导出αn
+ 1 αn表示：从α1出发，经一步或若干步，可推导出αn
说明句 简单句和复合句
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3 程序语言的语法描述
对于高级程序语言及编译程序而言，语言的语法定 义是非常重要的，下面将介绍语法结构的形式描述 问题 首先引入几个概念： 设是一个有穷字母表，它的每个元素称为一个 符号。 上的一个符号串是指由中的符号所构成 的有穷序列。不包含符号的序列称为空字，记为。 用*表示上的所有符号串的全体，空字也包括在 其中。如：若={a,b}则*={,a,b,aa,ab,bb, aaa,…}。表示不含任何元素的空集{}。这里要注 15 意、{}和{}的区别。
特点：注重功能 形式：
函数n（…函数2（函数1（数据））…）
例：LISP等
特点：条件满足时执行动作 形式：
条件1→动作1 条件2→动作2 …… 条件n→动作n
③ 基于规则的语言
例：Prolog等 特点：封装，继承，多态 例：JAVA，C++等
编译原理课件 高级语言及其语法描述
教学内容• 2.0 语言概述• 2.1 程序语言的定义• 2.2 文法的直观概念与语言的关系--- 重点• 2.3 程序设计语言的语法描述--- 重点难点1• 对于高级程序设计语言及其编译程序来说，语言的语法定义是很重要的。
• 本章主要介绍语法结构的形式描述问题，并讨论上下文无关文法、正规文法。
• 编译原理主要内容也可以归结为应用形式语言理论，并将它贯穿于词法分析和语法分析两个阶段。
232.0 语言概述Ø 语言是某一字母表上符号串 (句子)的集合。
ü -- ü --语法 语义4Ø ？2.0 语言概述• • • ü ü “ ” “ ”52.1 程序语言的定义 P12 • 62.1.1 语法ü ü • ={ + }– 0.5*x1+c– 0.5 x1 c * +– 0.5*x1+c72.1.1 语法• ü • ü • 82.1.2 语义 P13• ： ü ü – A=B– A B C– A B P– 92.1.3 程序 P14数据引用 算符 函数调用10 • ü ü Σ V2.1.4 有关定义和记号及运算 P25 • ü • ü ü ( ): ( ), ε ü ü abc 3 |abc|=3 |ε|=011• ü 2.1.4 有关定义和记号及运算(P25) • ü (a,b,c …) (α,β,γ…) (A,B,C …)ε {ε} { }ε{} εΦ { }122.1.4 有关定义和记号及运算(P25) • ü A={α1,α2,…} B={β1,β2,…} AB={αβ|α∈A and β∈B}ü A n-1n A n1 ε A A2 AB BA3 A 0={ε}4 A n A n132.1.4 有关定义和记号及运算 – A {a}– A 0={ε} A 1=A={a}……– A n =AA n-1(n>0)={a …a}– A={a,b}; B={c,e,d}– AB={ }n 个aac, ae, ad, bc, be, bd14• ü A B A B A+B ( A ∪B)ü A+B={α|α∈A 或 α∈B}ü A+B A B A={a,b,c} B={00,11}A+B={ } AB={ }2.1.4 有关定义和记号及运算 a,b,c,00,11a00,a11,b00,b11,c00,c11152.1.4 有关定义和记号及运算 • A A *A *=A 0∪A 1∪A 2∪… ü A {ε } • A A +A += A 1 ∪A 2∪ …=A *-{ε}ü A {ε}16Ø 当我们表述一种语言时，无非是说明这种语言的句子，如果语言只含有有穷多个句子，则只需列出句子的有穷集就行了，但对于含有无穷句子的语言来讲，存在着如何给出它的有穷表示的问题。
(完整word版)编译原理课后答案
第二章 高级语言及其语法描述4．令+、*和↑代表加，乘和乘幂，按如下的非标准优先级和结合性质的约定，计算1+1*2↑2*1↑2的值：（1） 优先顺序（从高至低）为+，*和↑，同级优先采用左结合。
（2） 优先顺序为↑，+，*，同级优先采用右结合。
解：（1）1+1*2↑2*1↑2=2*2↑1*1↑2=4↑1↑2=4↑2=16 （2）1+1*2↑2*1↑2=1+1*2*1=2*2*1=2*2=46．令文法G6为 N →D|NDD →0|1|2|3|4|5|6|7|8|9 （1） G6 的语言L （G6）是什么？（2） 给出句子0127、34和568的最左推导和最右推导。
解：（1）L （G6）=｛a|a ∈∑+,∑=﹛0,1,2,3,4,5,6,7,8,9｝｝（2）N ＝＞ND ＝＞ NDD ＝＞ NDDD ＝＞ DDDD ＝＞ 0DDD ＝＞ 01DD ＝＞ 012D ＝＞ 0127 N ＝＞ ND ＝＞ N7＝＞ ND7＝＞ N27＝＞ ND27＝＞ N127＝＞ D127＝＞ 0127 N ＝＞ ND ＝＞ DD ＝＞ 3D ＝＞ 34 N ＝＞ ND ＝＞ N4＝＞ D4 ＝＞34N ＝＞ ND ＝＞ NDD ＝＞ DDD ＝＞ 5DD ＝＞ 56D ＝＞ 568 N ＝＞ ND ＝＞ N8＝＞ ND8＝＞ N68＝＞ D68＝＞ 5687．写一个文法，使其语言是奇数集，且每个奇数不以0开头。
解：A →SN, S →+|-|∑, N →D|MDD →1|3|5|7|9, M →MB|1|2|3|4|5|6|7|8|9 B →0|1|2|3|4|5|6|7|8|9 8. 文法：E T E T E T TF T F T F F E i→+-→→|||*|/()| 最左推导:E E T T TF T i T i T F i F F i i F i i i E T T F F F i F i E i E T i T T i F T i i T i i F i i i ⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒⇒⇒⇒⇒⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+********()*()*()*()*()*()*()最右推导:E E T E TF E T i E F i E i i T i i F i i i i i E T F T F F F E F E T F E F F E i F T i F F i F i i i i i ⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒⇒⇒⇒⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+**********()*()*()*()*()*()*()*()语法树：/********************************EE FTE +T F F T +iiiEEFTE-T F F T -iiiEEFT+T F FTiii*i+i+ii-i-ii+i*i*****************/9．证明下面的文法是二义的：S → iSeS|iS|I解：因为iiiiei 有两种最左推导，所以此文法是二义的。
编译原理第二章
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▪ 符号串的术语
设s是符号串 前缀：移走s的尾部的零个或多于零个符号 后缀：删去s的头部的零个或多于零个符号 子串：从s中删去一个前缀和一个后缀 子序列：从s中删去零个或多于零个符号(这些符号不要求是连续的） 逆转：将S中的符号按相反次序写出而得到的符号串。 长度：是该符号串中的符号的数目。例如|aab|=3,|ε|=0。 真前缀，真后缀，真子串: x≠sx ≠ 例子：符号串s=banana 前缀：,b,ba,ban,bana,banan,banana 后缀：banana,anana,nana,ana,na,a, 子串：banana,anana,banan,anan,…, 子序列: baa(这些符号不要求是连续的） 逆转（用SR表示）：ananab 长度：banana=6
β ε +T +T +T
ε ε
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3.3 最左推导与最右推导
对于推导αβ，如果每一步都是对α中的最左非终结符进行替换 的，则我们称这种推导为最左推导，如果每一步都是对α中的最 右非终结符进行替换的，则我们称这种替换为最右推导。
例2-2：对于文法：E→E+ E|E*E|(E)|i 我们看对于（i*i+i）的推导 最左推导：E （E） （E+E） （E*E+E） （i*E+E） (i*i+E) (i*i+i) 最右推导：E （E） （E+E） （E+i） （E*E+i） (E*i+i) (i*i+i)
编译原理各章习题
第二章高级语言及其语法描述1、设有文法G[S]：S→NN→D|NDD→0|1|2|…|9试写出028和4321的最左推导和最右推导过程。
2、证明文法G[S]是二义性文法：S→if E then S else S |if E then S |sE→0|13、设有文法G[E]：E→E-T|TT→T/F|FF→i|(E)（1）试写出i/(i-i-i)的推导树。
（2）试写出（F-i）/F的短语、简单短语和句柄。
4、设∑={0,1}，请给出∑上下列语言的文法（1）所有以0开头的串（2）所有以0开头，以1结尾的串5、证明文法G1和G2等价G1：S→0S1，S→01G2：A→0R，A→01，R→A1第三章有限状态自动机和词法分析1、请用中文描述下列正规式表示的正规集（1）0(0|1)*0（2）0*10*10*10*2、试写出∑＝{0，1}上下列集合的正则表达式：（1）所有以1开始和结束的符号串。
（2）恰含有3个1的所有符号所组成的集合。
（3）集合{01，1}。
（4）所有以111结束的符号串。
3、试写出∑＝{0，1}上下述集合的正则表达式： （1）试写出非负整数集的正则表达式。
（2）试写出以非5数字为头的所有非负整数集的正则表达式。
4、试将图3.1中所示的有限状态自动机M 最小化。
图3.1 M 的状态转换图5、设∑＝{a,b}，试构造下述正则表达式的确定性有限状态自动机： （1）a(a|b)*baa （2）(a|b)*bbb *6、对于下列的状态转换矩阵：（1）分别画出相应的状态转换图。
（2）用自然语言分别描述它们所识别的输入串的特征 7、将图3.2所示的非确定的有限状态自动机确定化和最小化。
图3.2 非确定的有限状态自动机M第四章 自顶向下语法分析 1、从下列文法中消去左递归。
（1）S→Aa|bA→Ac|Sd（2）A→A∨B|BB→B∧C|CC→⌝D|DD→(A)|i2、请消去下面文法G[S]中的回溯G[S]：S→aBc|aB→bB|ε3、有文法G[S]：S→ABA→a|εB→b|ε（1）验证该文法是LL(1)文法；（2）请构造预测分析表4、考虑文法G[A]：A→aABc|d|εB→Bb|b（1）改写为LL(1)文法；（2）请构造预测分析表（3）给出句子adbc的分析过程第五章自底向上语法分析1、请对下列文法G[S]构造算符优先分析表S→bAbA→(B|aB→A a)2、文法G[S]：S→S(SaS→b该文法是LR(0)还是SLR(1)文法？3、文法G[A]：A→(A)|a构造该文法的LR(0)分析表，并请描述((a))的分析过程。
编译原理课后答案
第二章 高级语言及其语法描述4．令+、*和↑代表加，乘和乘幂，按如下的非标准优先级和结合性质的约定，计算1+1*2↑2*1↑2的值：（1） 优先顺序（从高至低）为+，*和↑，同级优先采用左结合。
（2） 优先顺序为↑，+，*，同级优先采用右结合。
解：（1）1+1*2↑2*1↑2=2*2↑1*1↑2=4↑1↑2=4↑2=16 （2）1+1*2↑2*1↑2=1+1*2*1=2*2*1=2*2=46．令文法G6为 N →D|NDD →0|1|2|3|4|5|6|7|8|9 （1） G6 的语言L （G6）是什么？（2） 给出句子0127、34和568的最左推导和最右推导。
解：（1）L （G6）=｛a|a ∈∑+,∑=﹛0,1,2,3,4,5,6,7,8,9｝｝（2）N ＝＞ND ＝＞ NDD ＝＞ NDDD ＝＞ DDDD ＝＞ 0DDD ＝＞ 01DD ＝＞ 012D ＝＞ 0127 N ＝＞ ND ＝＞ N7＝＞ ND7＝＞ N27＝＞ ND27＝＞ N127＝＞ D127＝＞ 0127 N ＝＞ ND ＝＞ DD ＝＞ 3D ＝＞ 34 N ＝＞ ND ＝＞ N4＝＞ D4 ＝＞34N ＝＞ ND ＝＞ NDD ＝＞ DDD ＝＞ 5DD ＝＞ 56D ＝＞ 568 N ＝＞ ND ＝＞ N8＝＞ ND8＝＞ N68＝＞ D68＝＞ 5687．写一个文法，使其语言是奇数集，且每个奇数不以0开头。
解：A →SN, S →+|-|∑, N →D|MDD →1|3|5|7|9, M →MB|1|2|3|4|5|6|7|8|9 B →0|1|2|3|4|5|6|7|8|9 8. 文法：E T E T E T TF T F T F F E i→+-→→|||*|/()| 最左推导:E E T T TF T i T i T F i F F i i F i i i E T T F F F i F i E i E T i T T i F T i i T i i F i i i ⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒⇒⇒⇒⇒⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+********()*()*()*()*()*()*()最右推导:E E T E TF E T i E F i E i i T i i F i i i i i E T F T F F F E F E T F E F F E i F T i F F i F i i i i i ⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒⇒⇒⇒⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+**********()*()*()*()*()*()*()*()语法树：/********************************EE FTE +T F F T +iiiEEFTE-T F F T -iiiE EFT+T F FTiii*i+i+ii-i-ii+i*i*****************/9．证明下面的文法是二义的：S → iSeS|iS|I解：因为iiiiei 有两种最左推导，所以此文法是二义的。
同济大学编译原理 第二章 高级语言及其语法描述资料
词法规则是指程序中单词符号的形成规则。单词符号一般包括： 标识符、基本字、常量、算符和界符。 语法规则是指程序中语法单位的形成规则。程序语言的语法单位 有：表达式、语句、分程序、过程、函数、程序。
描述方式：词法规则和语法规则都可以用自然语言、语法 图、BNF范式、或文法等描述。
语法描述方式（1）
（3）BNF范式
巴科斯范式(BNF: Backus-Naur Form 的缩写)是由 John Backus 和 Peter Naur 首先引入的用来描述计算机语言语法的符 号集。
现在，新的编程语言几乎都使用巴科斯范式来定义编程语言的语 法规则。
简单算术表达式的BNF范式
<简单表达式>∷＝<简单表达式>+<简单表达式>
特点
一对应
定位 低级语言，极少 使用
用方便
低级语言，很 少使用
高级语言，种类多， 常用
程序语言的内涵
语法 表示构成语言句子的各个记号之间的 组合规律(构成规则)。
表示按照各种表示方法所表示的各个 记号的特定含义（各个记号和记号所 表示的对象之间的关系）。 表示各个记号或语言词句与其使用之 间的关系。
高级语言 汇编语言 机器语言
各级语言的比较
比较 硬件识别 是否可直接 执行 机器语言 是唯一可以识别 的语言 可直接执行
面向机器 占用内存少 执行速度快 使用不方便
汇编语言 不可识别
高级语言 不可识别
不可，需汇编、 不可，需编译/解释、 连接 连接
面向机器 占用内存少 执行速度快 较为直观 与机器语言一 面向问题/对象 占用内存大 执行速度相对慢 标准化程度高 便于程序交换，使
编译原理 高级语言及其语法描述 陈火旺版
算符优先顺序 乘幂 **或↑ 一元负 — 乘、除 * / ÷ 加、减 + — 关系符 < ≤ ＞ ≥ ＝ ≠ 非 not ·NOT· 与 ∧ & and · AND· 或 ∨ | or ·OR· 隐含 imp 等值 ≡ ~ equi 左结合、右结合
结合顺序
2. 语句
从功能分类 执行性语句 赋值语句、控制语句、输入/输出语句 说明性语句 从形式分类 简单句、复合句、分程序
5.有关术语 (1) 直接推出(推导):若 α A β ⇒ αγβ ,仅当 A → γ 是一个产生式,且
α , β ∈（VT∪VN）*,称 α A β 直接推出 αγβ .
(2) 推导:若 α 1 ⇒ α 2 ⇒… ⇒ α n,则称这个序列是从 α 1 至 α n 的一个推导. 若存在一个从 α 1 至 α n 的推导,则称 α 1 可推导出 α n
4.上下文无关文法的形式描述 一个上下文无关文法 G 是一个四元式（VT，VN，S，P） ，其中 VT 是一个非空有限集，它的每个元素称为终结符号，用小写字母表示 VN 是一个非空有限集，它的每个元素称为非终结符号，用大写字母表示 S 是一个非终结符号，称为开始符号 P 是一个产生式集合（有限） ，每个产生式形如 P →α ，其中 P∈VN， α ∈（VT∪VN）* 开始符号 S 至少必须在某个产生式的左部出现一次 若有 P →α 1，P →α2， P →α 3，…, P →α n 可合并为 P →α 1| α 2| α 3|…| α n,每个 α i 为 P 的一个候选式
注意： 注意： ε
Φ 表示不含任何元素的空集
{ } {ε }
例：若
∑
={a,b}，则
∑
*
={ ε ，a,b,aa,bb,ab,ba,bba,aaa,aab,……}
编译原理课后答案
第二章 高级语言及其语法描述4．令+、*和↑代表加，乘和乘幂，按如下的非标准优先级和结合性质的约定，计算1+1*2↑2*1↑2的值：（1） 优先顺序（从高至低）为+，*和↑，同级优先采用左结合。
（2） 优先顺序为↑，+，*，同级优先采用右结合。
解：（1）1+1*2↑2*1↑2=2*2↑1*1↑2=4↑1↑2=4↑2=16 （2）1+1*2↑2*1↑2=1+1*2*1=2*2*1=2*2=46．令文法G6为 N →D|NDD →0|1|2|3|4|5|6|7|8|9 （1） G6 的语言L （G6）是什么？（2） 给出句子0127、34和568的最左推导和最右推导。
解：（1）L （G6）=｛a|a ∈∑+,∑=﹛0,1,2,3,4,5,6,7,8,9｝｝（2）N ＝＞ND ＝＞ NDD ＝＞ NDDD ＝＞ DDDD ＝＞ 0DDD ＝＞ 01DD ＝＞ 012D ＝＞ 0127 N ＝＞ ND ＝＞ N7＝＞ ND7＝＞ N27＝＞ ND27＝＞ N127＝＞ D127＝＞ 0127 N ＝＞ ND ＝＞ DD ＝＞ 3D ＝＞ 34 N ＝＞ ND ＝＞ N4＝＞ D4 ＝＞34N ＝＞ ND ＝＞ NDD ＝＞ DDD ＝＞ 5DD ＝＞ 56D ＝＞ 568 N ＝＞ ND ＝＞ N8＝＞ ND8＝＞ N68＝＞ D68＝＞ 5687．写一个文法，使其语言是奇数集，且每个奇数不以0开头。
解：A →SN, S →+|-|∑, N →D|MDD →1|3|5|7|9, M →MB|1|2|3|4|5|6|7|8|9 B →0|1|2|3|4|5|6|7|8|9 8. 文法：E T E T E T TF T F T F F E i→+-→→|||*|/()| 最左推导:E E T T TF T i T i T F i F F i i F i i i E T T F F F i F i E i E T i T T i F T i i T i i F i i i ⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒⇒⇒⇒⇒⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+********()*()*()*()*()*()*()最右推导:E E T E TF E T i E F i E i i T i i F i i i i i E T F T F F F E F E T F E F F E i F T i F F i F i i i i i ⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒⇒⇒⇒⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+**********()*()*()*()*()*()*()*()语法树：/********************************EE FTE +T F F T +iiiEEFTE-T F F T -iiiE EFT+T F FTiii*i+i+ii-i-ii+i*i*****************/9．证明下面的文法是二义的：S → iSeS|iS|I解：因为iiiiei 有两种最左推导，所以此文法是二义的。
编译原理-陈火旺版-第二章
三地址代码具有高度规范化、结构简 单、易于分析和优化等特点，是编译 器设计中常用的中间表示形式。
03
三地址代码的生成方 法
常见的三地址代码生成方法包括直接 生成法、遍历语法树生成法等。
循环结构的优化
循环结构的识别
编译器需要识别出源程序中的循环结构，以便进行优化。
循环结构的优化方法
常见的循环结构优化方法包括循环展开、循环合并、循环嵌套等， 可以提高循环的执行效率。
循环结构优化的度量
循环结构优化的度量标准包括执行时间、空间复杂度、可读性和 可维护性等。
05
代码优化
代码优化概述
01
02
03
代码优化是编译器的一 个重要组成部分，旨在 改进生成代码的性能和
质量。
代码优化的目的是在保 持程序语义不变的前提 下，通过修改程序的结 构和算法，以更高效的 方式实现相同的功能。
编译程序的组成
编译程序通常由词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、代码 优化和目标代码生成等部分组成。
编译程序的基本工作过程
词法分析
将源程序分解成一个个的单词或符号，并为 其分配相应的属性。
语法分析
根据语法规则将单词或符号序列组合成语法结 构，并判断其是否符合语法规则。
语义分析
对语法结构进行语义检查，包括类型检查、类型 转换等。
中间代码生成
将源程序的语法结构转换成中间代码，通常为三地 址代码。
代码优化
对中间代码进行优化，以提高目标代码的执行效 率。
目标代码生成
将中间代码转换成目标机器语言代码，并生成可执行文 件。
02
词法分析
词法分析概述
01
词法分析是编译过程的第一阶段，负责将源代码分解成一个个 的单词或符号。
编译原理 - 陈火旺版 - 第二章
2
内容
• 2.1 程序语言的定义 • 2.2 高级语言的一般特性 • 2.3 程序语言的语法描述
3
2.1 程序语言的定义
• 程序设计语言：是由一组记号所构成的集 合。 • 语言的定义
– 语言用户：语言的成分，使用意义 – 编译程序：语言的规则，语法单位对应的含义
• 组成部分
– 语法 （Syntax） – 语义（ Semantics） – 语用（ Pragmatics）
• VN和VT不含公共的元素，即VN ∩ VT = φ , • 用V表示VN ∪ VT ，称为文法G的字母表或字汇表
– 开始符号：S,特殊的非终结符号，至少要在一条产生式 中作为左部出现。 – 产生式：P，定义语法范畴的一种书写规则。
• 形如→或 ∷=的( ，)有序对，其中是字母表V的正闭包 V+中的一个符号，是V*中的一个符号。 称为规则的左部， 称作规则的右部。 • 例如：E → i | E+E | E*E | (E) • 候选式 26
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数据类型
• 数据结构：从初级数据定义的复杂（高级）数据
– 数组
• 内情向量：便于计算数据元素的地址，包括：维数，各维的上、下限，首地 址，数组元素类型等。 • 例如：
Pascal的说明
var a: array[1..50] of char
是一个下标从1至50的字符数组
– 记录：由已知类型的数据组合而成
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数据类型
• 数据类型的三要素：属性，值，操作
– 属性：包括类型和作用域
– 类型：决定数据可以是什么样的值，允许的运算，计算机内 如何表示 – 作用域：值的有效范围
• 初等数据类型
– – – – 数值数据：如整型，实型 逻辑数据：布尔型 字符数据：字符型（字符串型） 指针类型：指向另一种数据类型
国防科大 编译原理 第二章
2.2 高级语言的一般特性
高级语言的分类： 2.1.1 高级语言的分类：
一、强制式语言 过程式语言。特点是命令驱动，面向语句。如C、PASCAL等。 二、应用式语言 函数式语言。特点是注重程序功能,从已有函数出发构造新的函数， 构造新函数的过程中对初始数据进行计算得到最终结果。如LISP等。 三、基于规则的语言 逻辑程序设计语言。特点是规则驱动,从事实出发,运用逻辑规则, 推导出问题的结果。程序基本结构包括事实和规则两部份。如PROLOG等 四、面向对象语言 把数据和对数据的操作封装在一起,构成对象。支持封装性、 继承性和多态性。
思考：比较c语言中的struct和union。 2.记录 2.记录：由已知类型的数据组合起来的一种结构。 记录 域：记录通常包括若干个分量，记录的一个分量称为记录的 一个域。不同域的数据类型可以不同，一个域占用的存储 单元数叫域的长度。 如：card:record name:array [1..20] of char; {长度为20} age: integer; {长度为4} married:boolean; {长度为1} end; 记录的存储和各个域的地址的计算：连续存放。 记录的存储和各个域的地址的计算 如:card首地址为a。则的地址为a。 则card.age的地址为 a+20。则card.married的地址为a+24。
<续>表达式 表达式的运算顺序和结合性： 表达式的运算顺序和结合性： (1)表达式的计值过程遵循高级的算符先运算规则，算符的优先顺序 乘幂 一元负 … 等值 (2)同级算符，根据算符结合性不同来计算表达式的值。 (2.1)左结合:先左后右 (2.2)右结合:先右后左 例：X*Y-Z (1) X-Y+Z (2.1) X**Y**Z (2.2)
编译原理课件chap02(陈火旺)
第二章 文法和语言
〈7〉正闭包(∑+) ∑+ =∑1 ∪ ∑2∪. …∪∑n
∑+称∑的正闭包。
显然：∑*＝ ∑0∪∑+
∑+
＝
∑∑*＝∑*∑
第二章 文法和语言
3.文法和语言的形式定义
（用以上术语对文法的概念进行形式化）
1、规则（重写规则、产生式、生成式）
如： ababa
则长度是5
4 、空符号串：用ε表示，长度为 0 （不含任何 符号） 若符号串x ,则有εx = xε= x 5、符号串的运算：
(1)
符号串的头和尾
若z=xy,则x是z的头，y是z的尾。
第二章 文法和语言
例：设z=abc ,则z的头是
ε，a，ab，abc
则z的尾是
ε，c，bc，abc
N个
则xy=abMN
设x是符号串，则z=xx……xx，称z为x的方幂, 记z=xn。 因此 x0=ε, x1=x, x2=xx, x3=xxx 显然n>0时, 有xn =x· x
n-1＝
x
n-1· x
第二章 文法和语言
（5）符号串的集合：
若集合 A 中的一切元素都是某字母表上的符号 串，则称A为该字母表上的符号串集合。 两个符号串集合A、B乘积定义： AB={xy| x∈A且y∈b}
编译原理
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 编译程序引论 文法和语言 词法分析 自顶向下语法分析方法 自底向上优先分析方法 LR分析方法 语法制导翻译和中间代码生成 运行时存储空间分配 代码生成
第二章 文法和语言
编译原理课后作业参考答案
作业参考答案第二章 高级语言及其语法描述6、（1）L （G 6）={0,1,2,......,9}+（2）最左推导：N=>ND=>NDD=>NDDD=>DDDD=>0DDD=>01DD=>012D=>0127 N=>ND=>DD=>3D=>34N=>ND=>NDD=>DDD=>5DD=>56D=>568 最右推导：N=>ND =>N7=>ND7=>N27=>ND27=>N127=>D127=>0127 N=>ND=>N4=>D4=>34N=>ND=>N8=>ND8=>N68=>D68=>568 7、Ｇ：S →ABC | AC | CA →1|2|3|4|5|6|7|8|9B →BB|0|1|2|3|4|5|6|7|8|9C →1|3|5|7|98、（1）最左推导：E=>E+T=>T+T=>F+T=>i+T=>i+T*F=>i+F*F=>i+i*F=>i+i*iE=>T=>T*F=>F*F=>i*F=>i*(E)=>i*(E+T)=>i*(T+T)=>i*(F+T)=>i*(i+T)=>i*(i+F)=>i*(i+i) 最右推导：E=>E+T=>E+T*F=>E+T*i=>E+F*i=>E+i*i=>T+i*i=>F+i*i=>i+i*iE=>T=>T*F=>T*(E)=>T*(E+T)=>T*(E+F)=>T*(E+i)=>T*(T+i)=>T*(F+i)=>T*(i+i)=>F*(i+i)=>i*(i+i) (2)9、证明：该文法存在一个句子iiiei 有两棵不同语法分析树，如下所示，因此该文法是二义的。
编译原理第二章 高级语言及其语法描述
李波 boblee@ 计算机教学实验中心 高效能建模与仿真研究小组 西安交通大学
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内容
程序设计语言的回顾
程序设计语言的定义 高级语言的一般特性
程序设计语言的语法描述
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TIOBE Index for September 2014
Java and C++ are at an all time low in the TIOBE
index since its start in the year 2001.
This doesn't necessarily mean that Java and C++ are on their way out. There is still a huge demand for these
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1 Array language 2 Aspect-oriented languages 3 Assembly languages 4 Authoring languages 5 Command line interface languages 6 Compiled languages 7 Concurrent languages 8 Curly-bracket languages 9 Dataflow languages 10 Data-oriented languages 11 Data-structured languages 12 Declarative languages 13 Embeddable languages 14 Esoteric languages 15 Extension languages 16 Fourth-generation languages 17 Functional languages
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2 高级语言的一般特性
3. 数据类型与操作 1. 初等数据类型 标识符与名字 标识符：以字母开头的，由字母数字组成的字符串 标识符与名字两者有本质区别： 标识符只是语法概念 名字有确切的意义和属性
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2 高级语言的一般特性
3. 数据类型与操作 1. 初等数据类型 标识符与名字
第2章 高级语言及其语法描述
本章概述高级语言的结构和主要的共同特征，并介绍程序语 言的语法描述方法。要学习和构造编译程序，理解和定义高 级语言是必不可少的 与机器语言或汇编语言比较，高级语言的优点： 较接近数学语言和工程语言，比较直观、自然和易于理解 便于验证其正确性，易于改错 编写效率高 易于移植
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1 程序语言的定义
2. 语义 一个程序语言的基本功能是描述数据和对数据的运算。所谓 程序，从本质上来说是描述一定数据的处理过程 程序的层次结构： 程序 子程序 或 语句 表达式 数据引用 算符 函数调用
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分程序
1 程序语言的定义
2. 语义 自上而下看上述层次结构： 顶端是程序本身，它是完整的执行单位。一个程序通常是 由若干个子程序或分程序组成的，它们常常含有自己的数 据（局部名）。子程序或分程序是由于语句组成的。而组 成语句的成分是各种类型的表达式。表达式是描述数据运 算的基本结构，它通常含有数据引用、算符和函数调用 自下而上看上述层次结构： 我们希望通过对下层成分的理解来掌握上层成分，从而掌 握整个程序
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2 高级语言的一般特性
2. 程序结构 program main 2. PASCAL var A,B:real;
A(real) A(integer)B(real) B(bool) … procedure P1 var B:boolean; … begin … end procedure P2 var A:integer; … begin … end begin … end
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2 高级语言的一般特性
3. 数据类型与操作 1. 初等数据类型 用计算机术语来说，名字可以看成是代表一个抽象的存储 单元。这个单元的内容则认为是此名字的值。名字的值就 是它所表示的对象 此外，我们还必须指出名字的属性 一个名字的属性包括类型和作用域： 名字的类型决定了它能具有什么样的值，值在计算机 内的表示方式，以及对他能施加什么运算 名字的作用域规定了他的值存在范围 只有在作用域内，名字才有对应的存储单元
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2 高级语言的一般特性
3. 数据类型与操作 一个数据类型通常包括以下三种要素： 用于区别这种类型数据对象的属性 这种类型的数据对象可以具有的值 可以作用于这种类型的数据对象的操作
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2 高级语言的一般特性
3. 数据类型与操作 1. 初等数据类型 数值类型：可施行算术运算：+，-，*，/等 整型、实型、复数、双精度 逻辑类型：可施行布尔运算：∨，∧，┑等 字符类型：可施行符号处理 指针类型： 指针的值指向另一些数据。假定P是指针，P:=addr(X) 意味着P指向X，或说P的值将是变量X的地址 有些语言用P↑表示指针P的内容。在P:=addr(X)的情况 下，如令P↑:=0.3，则意味着X的值是0.3
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2 高级语言的一般特性
2. 程序结构 2. PASCAL PASCAL提供了丰富的数据类型和运算方式，它允许用户 动态地申请和退还存贮空间
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2 高级语言的一般特性
2. 程序结构 3. ADA 程序包(package)：把数据和操作代码封装在一起，支持 数据抽象 一个程序包分为两部分： 可见的规范说明部分，它定义了程序包外面可以访问 的对象 程序包体，它实际定义程序包的实现细节
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2 高级语言的一般特性
2. 程序结构 1. FORTRAN 一个程序由一个主程序段和若干辅程序段组成 辅程序段可以是子程序、函数段或数据块 每个程序段有一系列的说明语句和执行语句组成。各段可 以独立编译 模块结构，没有嵌套和递归 各程序段中的名字相互独立，同一个标识符在不同的程序 段中代表不同的名字
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1 程序语言的定义
1. 语法 词法规则：单词符号的形成规则 单词符号是语言中具有独立意义的最基本结构。一般包括： 常数、标识符、基本字、算符、界符等 描述工具：有限自动机 语法规则：语法单位的形成规则 语法单位通常包括：表达式、语句、分程序、过程、函数、 程序等 描述工具：上下文无关文法
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2 高级语言的一般特性
3. 数据类型与操作 2. 数据结构 许多程序语言提供了一种由初级数据定义复杂数据的手段。 下面我们将概述其中常见的定义方式： 1. 数组 逻辑上，数组是由同一类型数据所组成的某种n维矩形 结构，沿着每一维的距离，称为下标 数组可变与不可变：编译时能否确定其存贮空间的 大小 访问：给出数组名和下标值 存放方式：按行存放，按列存放
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1 程序语言的定义
1. 语法 任何语言程序都可以看成是一定字符集（称为字母表）上的 字符串（有限序列）。但是，什么样的字符串才算是一个合 式的程序呢 所谓一个语言的语法是指这样的一组规则，用它可以形成和 产生一个合式(well-formed)的程序。这些规则一部分称为词 法规则，另一部分称为语法规则（或产生规则） 不规范的总结： 语法=形式结构=词法规则+语法规则=合式的程序
Jordan?
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2 高级语言的一般特性
3. 数据类型与操作 1. 初等数据类型 标识符与名字 名字： 值：单元中的内容 属性：类型和作用域 名字的性质的说明方式： 静态确定： 由说明语句来明确规定的 隐含说明：FORTRAN中以I,J,K,…N为首的名字 代表整型，否则为实型 动态确定：走到哪里，是什么，算什么
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1 程序语言的定义 2 高级语言的一般特性 3 程序语言的语法描述
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2 高级语言的一般特性
1. 2. 3. 4. 高级语言的分类 程序结构 数据类型与操作 语句与控制结构
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2 高级语言的一般特性
1. 高级语言的分类 强制式语言(Imperative Languge)也称过程式语言： 命令驱动，面向语句 如：FORTRAN、C、Pascal，Ada 应用式语言（Applicative Language）： 注重程序所表示的功能，而不是一个接一个语句地执行 如：LISP、ML 基于规则的语言（Rule-based Language）： 检查一定的条件，当它满足值，则执行适当的动作 如：Prolog 面向对象语言（Object-Oriented Language）： 封装性、继承性和多态性 如：Smalltalk，C++，Java
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2 高级语言的一般特性
2. 程序结构 4. JAVA Java是一种面向对象的高级语言 类（Class） 继承(Inheritance) 多态性(Polymorphism)和动态绑定(Dynamic binding)
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2 高级语言的一般特性
2. 程序结构 4. JAVA
class Car{ int color_number; int door_number; int speed; … push_break ( ) { … } add_oil ( ) { … } } class Trash_Car extends car { double amount; fill_trash ( ) { … } }
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常用的高级语言 FORTRAN COBOL PASCAL ADA PROLOG ALGOL C/C++ Java
数值计算 事务处理 结构程序设计 大型程序、嵌入式实时系统 逻辑程序设计 算法语言 系统程序设计 Internet程序设计
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1 程序语言的定义 2 高级语言的一般特性 3 程序语言的语法描述
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1 程序语言的定义
1. 语法 语法规则和词法规则定义了程序的的形式结构。定义语法单 位的意义属于语义问题 A→0|0B B→1C C→0|0B E→i E→E+E E→E*E E→(E)
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1 程序语言的定义
2. 语义 对于一个语言来说，不仅要给出它的词法、语法规则，而且 要定义它的单词符号和语法单位的意义。这就是语义问题 离开语义，语言只不过是一堆符号的集合。在许多语言中有 形式上完全相同的语法单位（一样的源代码字符串片段）， 但含义却不一样。例如： 加减乘除运算的结合律和交换律方向不同 是否允许函数计算产生副作用 相同until语句的不同翻译 语义是指这样的一组规则，使用它可以定义一个程序的意义 目前还没有公认的形式系统可自动构造出实用的编译程序 我们采用基于属性文法的语法制导翻译方法。虽然这还不 是一种形式系统，但比较接近形式化
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1 程序语言的定义
任何语言实现的基础是语言的定义 在语言定义方面： 语言用户把语言定义理解为用户使用手册 而编译程序研制者与一般用户有所不同，他们对哪些构造 允许出现更感兴趣。即使一时不能看出某种构造的实际应 用，或者判断实现该结构会导致严重的困难，但仍必须严 格根据语言的定义实现它 程序语言主要由两方面定义： 1. 语法 2. 语义
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2 高级语言的一般特性
2. 程序结构 3. ADA
package STACKS is type ELEM is private; type STACK is limited private; procedure push (S: in out STACK; E: in ELEM); procedure pop (S: in out STACK; E: out ELEM); … end STACK; package body STACKS is procedure push(S: in out STACK; E: in ELEM); begin ……实现细节 end push; procedure pop (S: in out STACK; E: out ELEM); begin ……实现细节 end pop; end;