编译原理-教学大纲
编译原理教学大纲
编译原理教学大纲一、引言编译原理是计算机科学中的重要学科之一，它研究程序语言的编写、编译和执行过程。
本教学大纲旨在帮助学生理解并掌握编译原理的基本概念、技术和应用。
通过系统学习编译原理，学生将能够设计和实现高效的编译器，提高程序开发和执行的效率。
二、教学目标1. 理解编译原理的基本概念和原理；2. 掌握常见的扫描和解析技术；3. 学会构建语法分析树和语法制导翻译；4. 理解编译器的优化和代码生成技术；5. 能够使用编译器生成工具进行程序开发。
三、教学内容1. 编译原理概述1.1 编译原理的定义和重要性1.2 编译器的基本结构和工作原理2. 正则表达式与有限自动机2.1 正则表达式的定义和应用2.2 有限自动机的定义和实现3. 词法分析3.1 词法分析的基本概念和任务3.2 正则表达式与有限自动机在词法分析中的应用3.3 词法分析器的设计和实现4. 上下文无关文法与语法分析4.1 上下文无关文法的定义和产生式表示4.2 语法分析的基本概念和任务4.3 自顶向下语法分析和递归下降分析法4.4 自底向上语法分析和LR分析法5. 语义分析5.1 语义分析的基本概念和任务5.2 抽象语法树的构建和遍历5.3 语义检查和类型推断5.4 中间代码生成6. 优化与代码生成6.1 编译器优化的基本原理和方法6.2 中间代码优化技术6.3 目标代码生成和优化7. 符号表管理7.1 符号表的定义和作用7.2 符号表的实现和管理7.3 作用域和命名空间的处理8. 实践项目8.1 实现简单的编译器前端8.2 使用编译器生成工具进行程序开发四、教学方法1. 理论讲授：通过教师讲解，向学生介绍编译原理的基本概念、原理和技术。
2. 示例演示：通过实例和案例分析，展示编译器的设计和实现过程。
3. 实践项目：引导学生参与编译器前端的实现和应用开发，提高实际操作能力。
4. 小组讨论：组织学生进行小组讨论，分享思考和解决问题的经验。
五、评价方式1. 平时作业：包括理论习题、实践代码和文档撰写等，占总成绩的40%。
《编译原理》课程教学提纲
《编译原理》课程教学大纲一、课程的性质与目的本课程是软件工程专业必修的专业核心课。
本课程的教学目的，是使学生在学习程序设计基础及语言和数据结构的基础上，进一步理解程序及程序设计语言的本质，掌握程序词法分析和句法分析的基本原理和方法。
学会构造一个编译程序，用以将一种语言所编写的程序（如，用C语言编写的程序）等价变换为另一种语言所编写的程序（如，用汇编语言编写的程序），并能对变换过程中所生成的中间代码程序及变换所得的程序进行优化，以培养良好的程序设计优化思维，提高学生的编程能力，为学习有关专业课程和进行大型软件实践打下必要的基础。
二、课程内容的教学要求1. 编译原理及编译程序构造引论（1）开设编译原理课程的主要作用：让学生理解开设编译原理课程的意义和作用，编译原理课程在计算机专业课程体系中的地位，学习编译原理课程应采用的方法，编译原理课程知识体系结构，让学生初步认识学习编译原理课程的重要性和潜在的使用价值。
（2）编译程序及其构造过程概述：介绍编译程序的基本含义、作用和结构，简述编译程序构造的基本过程，以让学生形成编译程序构造的总体印象。
2. （程序设计）语言和语法描述（1）语言描述体系结构：了解语言的语法、语义和语用的基本含义及相互作用，掌握描述语言语法的基本方法和过程，使学生清楚语言语法描述应包括由字符构造单词的词法描述，及由单词构造句子的句法描述。
（2）语言和文法的基本概念：掌握语言与文法的相关基本概念，如，串、句子、句型、文法、产生式、推导与归约等，语言文法对语言语法描述的作用，文法的形式化描述方法和过程，Chomsky形式语言文法体系及其在语言语法描述中的应用、特别是正规文法及上下文无关文法在语言语法描述中的应用。
（3）从语言构造文法：了解常见语言句子构造模式，掌握从典型语言句子模式构造对应无 产生式文法的方法，使学生能够理解由语言构造文法的重要性。
（4）语法树、分析树与二义文法：掌握语法树、分析树及二义文法的基本概念，如，语法树、分析树、短语、句柄、二义文法，语法树在语言语法分析过程中的作用，语法树构造方法和过程，二义文法对语言文法的简化描述的作用。
编译原理 教学大纲
编译原理一、课程说明课程编号：390114X10课程名称（中/英文）：编译原理/Compiler Principles课程类别：学科基础课学时/学分：48/3先修课程：C语言程序设计、数据结构、离散数学适用专业：软件工程教材、教学参考书：[1] 程序设计语言编译原理,陈火旺,北京：国防工业出版社，2003[2] Compilers: Principles Techniques, and Tools，Alfred V A, Ravi S, Ulman J D, Addison-Wesley Publishing Company，2003[3] 编译原理（第3版）/“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材,陈意云，张昱编,北京：高等教育出版社，2013二、课程设置的目的意义本课程是软件工程专业一门重要的专业基础课程，它与操作系统构成了程序员与计算机之间的接口，是一个优秀的程序员所必须了解的背景知识。
编译系统是计算机系统软件的重要组成部分,其基本原理和实现技术在软件工程、软件自动化、程序分析等领域都有广泛的应用。
本课程的教学目的在于系统地向学生讲述编译程序的结构及其各组成部分的设计原理与实现技术，使学生掌握编译程序的基本原理、方法和实现技术，更好的理解程序语言的内部机制、理解计算机软硬件系统的基本架构与工作原理，培养学生设计、实现和分析简单编译软件的能力，并能在思维素质方面得到拓展提高，进一步理解计算机学科中解决问题的思路方法。
课程主要讲授：自动机与形式语言基础；词法分析；语法分析；语法制翻译与中间代码生成；中间代码优化等。
在课程教学实践中，注重“理论与实践相结合及创新能力”的培养，使学生既获得专业能力的训练又能了解软件系统的基本结构，掌握软件开发基本方法和技术。
通过实验课程使学生掌握编译领域的基本方法并运用所学方法完成编译器的开发。
三、课程的基本要求通过本课程的学习，学生应掌握高级程序设计语言的编译原理和基本技术、具体设计实现编译程序的基本技能，特别对形式语言和自动机、程序自动生成、语法制导翻译、数据流分析、控制结构分析及优化技术等基本原理和技术等基本原理和技术有较深入的了解。
编译原理教学大纲
编译原理教学大纲一、课程介绍本课程主要介绍编译原理的相关概念、理论和实践技术，旨在培养学生对编译原理的理解和应用能力。
通过本课程的学习，学生将了解到编译器的工作原理、设计流程和实现方法，掌握常见编程语言的词法分析、语法分析、语义分析和代码生成等基本技术。
二、教学目标1. 熟悉编译原理的基本概念和基础知识；2. 掌握编译器的各个模块的设计和实现方法；3. 能够使用现有编译器工具进行编译器开发和优化；4. 培养学生的编程能力、分析问题和解决问题的能力。
三、教学大纲1. 编译原理基础1.1 编译器的作用和概念- 编译过程及其阶段- 编译器的核心功能1.2 语言文法和自动机理论- 正则文法和有限自动机- 上下文无关文法和下推自动机1.3 词法分析- 正则表达式和有限自动机实现词法分析器 - 关键字、运算符、标识符、字面量的识别 2. 语法和语义分析2.1 自顶向下语法分析- LL(1)文法及其分析方法- 预测分析表和递归下降分析2.2 自底向上语法分析- LR(0)文法及其分析方法- SLR(1)文法和LR(1)文法分析2.3 语义分析与语法制导翻译- 语义动作和属性文法- 语法制导翻译的实现方法3. 中间代码生成与优化3.1 中间代码的表示和生成- 三地址码和虚拟机- 递归下降翻译的中间代码生成3.2 基本块和流图- 基本块的概念和划分- 控制流的分析和优化3.3 数据流分析与优化- 活性变量分析- 常量传播和复写传播优化4. 目标代码生成和优化4.1 目标代码生成的基本原理- 寄存器分配和指令选择- 代码布局和指令调度4.2 目标代码优化- 数据流分析在目标代码优化中的应用- 循环优化和内存优化四、教学方法本课程采用理论课与实践相结合的教学方法。
理论课重点讲解编译原理的基本概念和原理，实践课通过编写实际编译器项目，培养学生的编程和问题解决能力。
五、考核方式1. 平时成绩占比：40%包括课堂参与、作业完成情况和实验报告等。
《编译原理》教学大纲
《编译原理》教学大纲一、课程概述编译原理是计算机科学与技术专业的一门重要课程，也是软件工程领域的基础课程之一、本课程通过对编译器的原理和实现技术的学习，使学生掌握编译器的设计和实现方法，培养学生独立解决实际问题的能力。
二、教学目标1.理解编译器的基本原理和工作流程；2.掌握常见编译器的构建方法和技术；3.能够设计和实现简单的编译器；4.培养分析和解决实际问题的能力。
三、教学内容和教学进度1.第一章：引论1.1编译器的定义和分类1.2编译器的基本工作流程2.第二章：词法分析2.1编译器的基本结构2.2词法单元的定义和识别方法2.3正则表达式和有限自动机3.第三章：语法分析3.1语法分析的基本概念3.2语法规则的定义和表示方法3.3自顶向下的语法分析方法3.4自底向上的语法分析方法4.第四章：语义分析4.1语义分析的基本概念4.2属性文法和语法制导翻译4.3语义动作和符号表管理5.第五章：中间代码生成5.1中间代码的定义和表示方法5.2基本块和控制流图5.3三地址码的生成方法6.第六章：优化6.1优化的基本概念和原则6.2常见的优化技术和方法6.3编译器的优化策略7.第七章：目标代码生成7.1目标代码生成的基本原理7.2目标代码的表示方法和存储管理7.3基本块的划分和目标代码生成算法8.第八章：附加主题8.1解释器和编译器的比较8.2面向对象语言的编译8.3并行编译和动态编译四、教学方法1.理论教学与实践相结合，注重教学案例的分析和实践；2.引导学生主动探索，注重培养学生的自主学习能力；3.激发学生的兴趣，鼓励学生提问和讨论。
五、考核方式1.平时成绩：包括课堂测验、作业和实验报告等；2.期末考试：闭卷笔试，主要考查学生对编译原理的理论知识和实践能力的掌握程度。
六、参考教材1.《编译原理与技术》（第2版），龙书，机械工业出版社，2024年2.《现代编译原理-C语言描述》（第2版），谢路云，电子工业出版社，2024年七、参考资源1. 实验环境：Dev-C++、gcc、llvm等2.相关网站：编译原理教学网站、编译器开源项目等八、教学团队本课程由计算机科学与技术学院的相关教师负责教学，具体安排详见教务处发布的教学计划。
《编译原理》实验教学大纲
《编译原理》实验教学大纲一、实验目的和任务编译原理是计算机科学与技术专业的一门重要课程，它主要研究的是将高级语言程序翻译成机器语言程序的方法和技术。
通过本实验课程的学习，旨在使学生掌握编译原理的基本原理和方法，培养学生对编译器结构与构造技术的专门知识和技能，为学生今后进行编译器设计与实现打下基础。
二、实验设备和工具1.计算机和相关硬件设备2. 编程语言的开发环境，如C/C++或Java三、实验内容1.实验一：词法分析器设计与实现a)实验目的：学习词法分析器的原理和设计方法，掌握正则表达式、DFA和NFA的转换方法。
b)实验任务：i.设计并实现一个词法分析器的原型，能够正确地识别出给定的程序中的词法单元。
ii. 使用给定的正则表达式设计并实现识别给定程序中的关键字、标识符、常量等的词法分析器。
2.实验二：语法分析器设计与实现a)实验目的：学习语法分析器的原理和设计方法，掌握上下文无关文法和LR分析表的构造方法。
b)实验任务：i.学习并理解上下文无关文法和LR分析表的构造方法。
ii. 设计并实现一个简单的递归下降语法分析器。
3.实验三：语义分析器设计与实现a)实验目的：学习语义分析器的原理和设计方法，掌握语义动作的定义和处理方法。
b)实验任务：i.学习并理解语义分析器的原理和设计方法。
ii. 设计并实现一个简单的语义分析器，能够对给定的程序进行语义分析和语义动作的处理。
4.实验四：中间代码生成器设计与实现a)实验目的：学习中间代码生成器的原理和设计方法，掌握中间代码的生成和优化方法。
b)实验任务：i.学习并理解中间代码生成器的原理和设计方法。
ii. 设计并实现一个简单的中间代码生成器，能够将给定的程序翻译成中间代码。
5.实验五：目标代码生成器设计与实现a)实验目的：学习目标代码生成器的原理和设计方法，掌握目标代码的生成和优化方法。
b)实验任务：i.学习并理解目标代码生成器的原理和设计方法。
ii. 设计并实现一个简单的目标代码生成器，能够将中间代码翻译成目标代码。
编译原理-教学大纲
编译原理教学大纲编译程序设计堪称计算机科学中理论和实践相结合的典范。
在本课程中，您将学习编译程序构造的基本原理和设计方法，提高对计算机系统的总体认识，还可以从信息表示变换的角度理解计算、理解计算思维，拓广计算应用的视野。
课程概述《编译原理》课程是计算机科学与技术专业的必修课程。
本课程主要介绍程序设计语言编译程序构造的基本原理和设计方法，包括：编译程序概述、高级语言及其语法描述、词法分析、语法分析、属性文法和语法制导翻译、语义分析和中间代码产生、符号表、运行时存储空间组织、优化、目标代码生成等。
理论和实践相结合是编译程序设计的重要特色。
形式语言和自动机理论为编译程序的设计提供了坚实的理论基础，正是在科学理论的保证下，才形成了一系列先进的编译程序设计方法和工具，使得编译程序的构造具有很高的系统性和自动化程度。
授课目标通这门课程的学习，您将能：1.在理解编译系统的结构、工作流程以及编译程序各组成部分的设计原理和实现技术的基础上，获得分析、设计、实现和维护编译系统的初步能力。
2.深入理解程序语言和程序执行过程，提高对计算机系统的总体认识。
3.从语言翻译和表示变换的角度理解计算。
编译过程体现的诸如抽象、自动化、递归、分解、权衡等众多计算思维方法，可以广泛应用于自然语言处理、程序验证、网络信息处理等领域的问题求解。
课程大纲第1讲引论1.5 编译程序的生成1.6 小结1.1 什么是编译程序1.2 为什么要学习编译原理1.3 编译过程1.4 编译程序的结构第2讲高级程序设计语言概述2.1 常用的高级程序设计语言2.2 程序设计语言的定义2.3 高级程序设计语言的一般特性2.4 小结第3讲高级程序设计语言的语法描述3.1 上下文无关文法3.2 文法与语言3.3 语法树与二义性3.4 形式语言鸟瞰3.5 小结第4讲词法分析14.1 词法分析概述4.2 词法分析器的设计4.3 小结第5讲词法分析25.1 词法规则形式化——正规集与正规式5.2 确定有限自动机5.3 非确定有限自动机5.4 小结第6讲词法分析36.1 有限自动机的等价性6.2 正规式与有限自动机的等价性6.3 词法分析程序自动生成第1次单元测试第7讲语法分析——自上而下分析1 7.1 自上而下分析的基本问题7.2 LL(1)文法——消除文法的左递归7.3 LL(1)文法——消除回溯7.4 FIRST和FOLLOW集合的构造7.5 小结第8讲语法分析——自上而下分析2 8.1 构造递归下降分析器8.2 扩充的巴科斯范式和语法图8.3 JavaCC简介8.4 小结第9讲语法分析——自上而下分析3 9.1 预测分析程序9.2 预测分析表的构造9.3 小结第10讲语法分析——自下而上分析1 10.1 自下而上分析10.2 短语与直接短语10.3 分析过程描述10.4 算符优先文法10.5 构造优先关系表10.6 算符优先分析算法10.7 小结第11讲语法分析——自下而上分析2 11.1 句柄和规范归约11.2 LR分析法11.3 小结第12讲语法分析——自下而上分析3 12.1 活前缀12.2 构造识别活前缀的DFA12.3 构造LR(0)分析表12.4 小结第13讲语法分析——自下而上分析4 13.1 SLR(1)分析法13.2 LR(1)分析法13.3 LR分析器产生工具13.4 小结第2次单元测试第14讲属性文法和语法制导翻译1 14.1 属性文法14.2 属性计算第15讲属性文法和语法制导翻译2 15.1 S-属性文法15.2 L-属性文法15.3 翻译模式15.4 递归下降翻译器的设计15.5 小结第16讲语义分析和中间代码生成1 16.1 中间语言16.2 常用的中间语言形式16.3 小结第3次单元测试第17讲语义分析和中间代码生成2 17.1 赋值语句的翻译17.2 数组元素引用的翻译17.3 类型转换17.4 小结第18讲语义分析和中间代码生成3 18.1 布尔表达式及其计算18.2 按数值表示法翻译布尔表达式18.3 带优化翻译布尔表达式18.4 小结第19讲语义分析和中间代码生成419.1 常用的控制语句19.2 控制语句的属性文法19.3 控制语句的属性计算19.4 一遍扫描翻译控制语句19.5 一遍扫描翻译控制语句示例19.6 小结第4次单元测试第20讲符号表20.1 符号表的组织与操作20.2 符号表的内容20.3 利用符号表分析名字的作用域20.4 小结第21讲运行时存储空间组织121.1 参数传递21.2 目标程序运行时的活动21.3 静态存储管理第22讲运行时存储空间组织222.1 动态存储管理概述22.2 非嵌套过程语言的动态存储管理22.3 嵌套过程语言的动态存储管理--静态链方法22.4 嵌套过程语言的动态存储管理--Display表方法22.5 小结第23讲优化123.1 优化概述23.2 局部优化--基本块划分23.3 局部优化--基本块优化第24讲优化224.1 循环优化概述24.2 代码外提24.3 强度消弱24.4 小结第25讲目标代码生成25.1 目标代码生成概述25.2 目标机器模型25.3 简单代码生成器25.4 待用信息和活跃信息25.5 变量地址描述和寄存器描述25.6 代码生成与寄存器分配算法25.7 小结第5次单元测试学习体会交流讨论交流：编译原理课程学习体会扩展学习资源编译开发工具在线实训项目预备知识具备计算机程序设计语言和程序设计知识，对数据结构与算法、计算机原理、离散数学等相关知识有一定了解更好。
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2、教学内容
（以2009年秋季学期为例）
第1讲课程概述
基础概念；逻辑结构；组织方式；伙伴程序；生成环境
第2讲实验项目介绍
项目框架的总体结构；实验内容；实验环境；实验安排；考核方案
第3讲文法/正规式/有限自动机─基础知识
形式语言概念；上下文无关文法及语言；正规语言及其描述
第4讲词法分析
词法分析概述；词法分析程序的设计与实现；词法分析程序的自动构造
第5讲符号表
符号表的作用；符号表的常见属性；符号表上的操作；符号表的组织；符号表与作用域
第6讲自顶向下语法分析
自顶向下分析思想；自顶向下预测分析；LL(1)分析；几种文法变换；LL(1)分析的出错处理第7讲自底向上语法分析
自底向上分析思想；移进 归约分析；LR分析基础；LR（0）、SLR（1）、LR（1）、LALR（1）等系列分析方法；二义文法在LR 分析中的应用；LR 分析的出错处理；几类分析文法之间的关系
第8讲语法制导的语义处理基础
属性文法；基于属性文法的语义处理；翻译模式；基于翻译模式的语义处理
第9讲语义分析与中间代码生成
语义分析与中间代码生成概述；常规处理介绍（类型检查、说明语句、赋值语句及算数表达式、数组说明和数组元素引用、布尔表达式、控制语句、拉链与代码回填技术、过程调用）第10讲运行时存储组织
运行时存储组织概述；程序运行时存储空间的布局；存储分配策略；活动记录；过程调用与参数传递；面向对象程序运行时组织
第11讲目标代码生成及代码优化
基本块、流图和循环；数据流分析基础（数据流方程，典型数据流分析举例，UD链，DU链）；基于 DAG 表示的局部优化；目标代码生成技术（代码生成基础，一个简单的代码生成算法，图着色物理寄存器分配算法）；代码优化技术简述
3、课程实验
实验名称：一个简单面向对象语言编译程序的实现
实验目的：经历开发一个小型编译程序的主要阶段，掌握编译程序设计的基本方法、常用语言机制的实现技术，具有学习和使用特定编译构造工具的能力，培养综合运用
所学知识开发具有一定规模的软件系统的能力。
实验内容：在给定实验框架基础上实现一个简单的强类型单继承面向对象语言的编译程序。
实验框架分5个阶段，目前课程的实验内容包括前4个阶段：
1)借助 Lex 和 Yacc 实现词法和语法分析，经过一遍扫描产生一种高级中间表
示（实验框架指定的抽象语法树）。
2)遍历抽象语法树构造符号表、实现静态语义分析，产生带标注的抽象语法树。
3)从带标注的抽象语法树生成 TAC 中间表示，后者可由实验框架转成MIPS 汇
编码在SPIM 模拟器上运行。
4)基于 TAC 实现一些简单的数据流分析。
创新或扩展实验：对于有余力的同学，可以自行选择在已有实验框架基础上进行有意义的改进工作，通常需要与教师或助教沟通后方可确定创新或扩展实验的选题。
实验环境：普通PC机，Windows或Linux操作系统，Java编程环境，Lex & YACC 工具，MIPS SPIM (Wisconsin大学）。
实验评测：各阶段15~25个测试程序（5~10不公开）；检查与标准输出的一致程度；实验报告的质量占20%成绩；必要时个别抽查。
创新或扩展实验的评价需综合考虑创新
性、实用性、合理性、难度、工作量等因素。