第一章 编译原理概述
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-陈火旺版-第一章
编译器的作用与重要性
01
编译器是将高级语言程序翻译成机器语言程序的软件工具，是 软件开发的基础设施之一。
02
编译器可以提高程序的执行效率，使得程序能够在各种计算机
上运行。
编译器还可以对程序进行优化，提程简介
01
02
03
词法分析
将输入的源程序分解成一 个个的单词符号，即词法 单元。
词法分析器的构造
构造原理
根据词法规则构造出识别相应单 词符号的有限自动机，然后将有 限自动机转换为对应的程序代码
构造方法
手工构造法、自动生成法
注意事项
处理好单词符号的二义性问题； 识别出源程序中的错误并进行适 当的处理。
04
语法分析
语法分析概述
语法分析的任务
根据语言的语法规则，对输 入的符号序列进行合法性检 查，并构造出相应的语法结
中间代码的形式
常见的中间代码形式有三地址码、四元式、树形表示等。
中间代码生成算法
根据源程序的语法结构和语义规则，生成相应的中间代码序列。
符号表管理
符号表的作用
符号表用于记录源程序中各种标识符的属性信息，如类型、作用域 和存储地址等。
符号表的组织方式
常见的符号表组织方式有线性表、散列表和树形结构等。
循环优化
通过循环展开、循环合并、循环交换等技术来改进循环的性能。
目标代码生成方法
机器无关代码生成
机器相关代码生成
生成与特定机器无关的中间代码，然后在 运行时将其转换为特定机器上的目标代码 。
直接生成特定机器上的目标代码，这需要 考虑机器的指令集、寄存器分配、内存访 问等因素。
汇编语言代码生成
高级语言虚拟机代码生成
编译原理课程设计教案
编译原理课程设计教案第一章：编译原理概述1.1 编译器的作用与重要性解释编译器将高级语言程序转换为机器语言程序的过程强调编译器在软件开发中的关键角色1.2 编译原理的基本概念介绍编译程序的基本组成部分，如词法分析器、语法分析器、语义分析器、中间代码器、目标代码器和代码优化器等解释源程序、目标程序和中间代码的概念1.3 编译过程的阶段详细介绍编译过程的各个阶段，包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码、代码优化和目标代码强调每个阶段的目标和重要性第二章：词法分析2.1 词法分析的基本概念解释词法分析器的任务和作用介绍词法单位的概念，如标识符、关键字、常量和符号等2.2 词法分析的技术和方法介绍词法分析常用的技术和方法，如有限自动机、正则表达式和词法规则等解释词法分析过程中的扫描线和词法单元的产生过程2.3 词法分析器的实现介绍如何实现一个简单的词法分析器，包括词法规则的定义和词法分析器的构造提供相关的编程练习，让学生通过编写代码实现基本的词法分析功能第三章：语法分析3.1 语法分析的基本概念解释语法分析器的任务和作用介绍语法规则和语法树的概念3.2 语法分析的技术和方法介绍语法分析常用的技术和方法，如递归下降分析法、LL分析法、LR分析法等解释语法分析过程中的分析表和状态机的概念3.3 语法分析器的实现介绍如何实现一个简单的语法分析器，包括语法规则的定义和语法分析器的构造提供相关的编程练习，让学生通过编写代码实现基本的语法分析功能第四章：语义分析4.1 语义分析的基本概念解释语义分析器的任务和作用介绍语义规则和语义错误的概念4.2 语义分析的技术和方法介绍语义分析常用的技术和方法，如类型检查、上下文无关文法分析、语义规则等解释语义分析过程中的语义规则和语义冲突的解决方法4.3 语义分析器的实现介绍如何实现一个简单的语义分析器，包括语义规则的定义和语义分析器的构造提供相关的编程练习，让学生通过编写代码实现基本的语义分析功能第五章：中间代码5.1 中间代码的基本概念解释中间代码器的任务和作用介绍中间代码的概念和中间代码的原则5.2 中间代码的技术和方法介绍中间代码的常用技术和方法，如三地址代码、静态单赋值代码等解释中间代码过程中的基本规则和操作符的转换5.3 中间代码器的实现介绍如何实现一个简单的中间代码器，包括中间代码的定义和中间代码器的构造提供相关的编程练习，让学生通过编写代码实现基本的中间代码功能第六章：代码优化6.1 代码优化的基本概念解释代码优化器的任务和作用介绍代码优化的目标和常见的优化技术6.2 常见代码优化技术详细介绍各种代码优化技术，如常量折叠、死代码消除、循环优化、表达式简化等强调优化技术对提高程序性能的重要性6.3 代码优化器的实现介绍如何实现一个简单的代码优化器，包括优化规则的定义和代码优化器的构造提供相关的编程练习，让学生通过编写代码实现基本的代码优化功能第七章：目标代码7.1 目标代码的基本概念解释目标代码器的任务和作用介绍目标代码的概念和目标代码的原则7.2 目标代码的技术和方法介绍目标代码的常用技术和方法，如寄存器分配、指令调度等解释目标代码过程中的基本规则和操作符的转换7.3 目标代码器的实现介绍如何实现一个简单的目标代码器，包括目标代码的定义和目标代码器的构造提供相关的编程练习，让学生通过编写代码实现基本的目标代码功能第八章：调试技术8.1 调试技术的基本概念解释调试器的作用和重要性介绍调试过程中的常见问题和调试技术8.2 调试器的结构和原理详细介绍调试器的结构和原理，如断点、单步执行、查看变量等功能强调调试技术对发现和修复程序错误的重要性8.3 调试器的实现介绍如何实现一个简单的调试器，包括断点的设置、单步执行、变量查看等功能提供相关的编程练习，让学生通过编写代码实现基本的调试功能第九章：编译器性能评价9.1 编译器性能评价的基本概念解释编译器性能评价的目的和方法介绍编译器性能评价的指标和评价方法9.2 编译器性能评价的指标和评价方法详细介绍编译器性能评价的指标，如执行速度、内存占用、编译时间等介绍常用的编译器性能评价方法和工具9.3 编译器性能评价的实践介绍如何进行编译器性能评价的实践，包括评价指标的选取和评价方法的实施提供相关的实践练习，让学生通过实际操作评价编译器的性能第十章：编译原理应用与发展趋势10.1 编译原理在软件开发中的应用介绍编译原理在软件开发中的应用领域，如解释器设计、即时编译、程序分析等强调编译原理在提高程序性能和开发效率方面的重要性10.2 编译原理的研究现状与未来发展介绍编译原理研究领域的前沿技术和最新研究成果探讨编译原理未来的发展趋势和挑战10.3 编译原理在实践中的应用案例分析分析编译原理在实际项目中的应用案例，如开源编译器项目、商业编译器产品等引导学生思考如何将编译原理应用于实际工程实践中的问题重点和难点解析重点环节一：编译器的作用与重要性编译器作为程序设计语言和计算机硬件之间的桥梁，其作用不可忽视。
编译原理概念总结
第一章 引论• 为什么要用编译器 • 与编译器相关的程序 • 翻译步骤• 编译器中的主要数据结构1、语言处理器 1、简单的说，一个编译器就是一个程序，它可以阅读以某一种语言（源语言）编写的程序，并把该程序翻译成一个等价的、用另一种语言（目标语言）编写的程序。
2、编译器的重要任务之一就是报告它在翻译过程中发现的源程序中的错误。
3、使用编译器是为了提高编程的速度和准确度。
4、与编译器相关的程序：解释程序（interpreter ）、汇编程序（assembler ）、连接程序（linker ）、装入程序（loader ）、预处理器（preprocessor ）、编辑器（editor ）、调试程序（debugger ）、描述器（profiler ）、项目管理程序（project manager ）。
5、解释器是另一种常见的语言处理器。
它并不通过翻译的方法生成目标程序。
从用户的角度来看，解释器直接利用用户提供的输入执行源程序中指定的操作。
6、一个源程序可能被分割成多个模块，并存放于独立的文件中。
把源程序聚合在一起的任务有时会由一个被称为预处理器（preprocessor ）的程序独立完成。
预处理器还负责把那些称为宏的缩写形式转换为源语言的语句。
7、连接器（linker ）能够解决外部内存地址的问题。
8、加载器（loader ）把所有的可执行目标文件放到内存中执行。
2、一个编译器的结构OutputSourceProgramFront endBack endObject1、将编译器看成黑盒，则源程序映射为在语义上等价的目标程序，而这个映射由两部分组成：分析部分和综合部分。
2、分析部分把源程序分解成多个组成要素，并在这些要素之上加上语法结构。
3、综合部分根据中间表示和符号表中的信息来构造用户期待的目标程序。
4、编译器的第一个步骤：词法分析（lexical）或扫描（scanning）。
词法分析器读入组成源程序的字符流，并且将它们组成有意义的词素（lexeme）的序列。
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-第一
并行化编译技术
目的：提高并行计算机体系结构的性能。 超大规模计算的日益增长的需求 高性能计算机
第一章 引论
1.1 什么是编译程序 1.2 编译过程和编译程序的结构 1.3 研究领域 参考书
1。1 什么是编译程序
功能
高级程 序设计 语言书 写的程 序 术语 编译程序 低级语言 程序
源语言(程序)
目标语言(程序) 实现语言
S
I
O
1。1 什么是编译程序
分类
软件 系统软件 语言处理系统
代码优化
id1:= id2 + id3 * 60
(1) (2) (3) (4) (inttoreal ( ( ( * + := 60 id3 id2 t3 t1 t2 t1 t2 t3 id1 ) ) ) )
变换
（1） ( * id3 id2 60.0 t1 t1 id1 ) )
( 2）（ +
解释程序直接将4的值输出（显示）
编译阶段和运行阶段存储结构
源程序缓冲区 名字表 目标代码缓冲区 数据区 编译用源程序中 间表示各种表格 目标代码区
编译时
运行时
解释系统存储结构
解释系统 源程序
工作单元
名字表
标号表
缓冲区 (输入输出) 栈区
1.3 研究领域
并行编译技术 交叉编译技术 硬件描述语言及其编译技术
骨架程序 预处理器 源程序
编译器
可重定位目标文件库 汇编器
目标汇编程序
可重定位机器代码
装配连接编辑
一个语言处理系统
绝对机器码
什么是编译程序
编译原理 第1讲(第一章)
•记录源程序中使用的名字 •收集每个名字的各种属性信息 类型、作用域、分配存储 信息 c 常量 值：35
x 变量 类型：实 层次：2
VAR procedure… var procedure var x:real;//层次为2 …. end ….. end
…..
解释程序直接将4的值输出（显示）。有些象单步调试
编
1）遍：指对源程序或其内部表示从头 到尾扫视一遍，并进行有关的加工处理。 2）一遍扫描：以语法分析程序为中心。 编译一次完成，但是运行效果不是很好。 3）多遍扫描：每遍扫描完成不同的任 务。优点： 功能独立；结构清晰；利于 优化；节省空间。 2~8遍。
–编译方式：首先由编译程序将程序翻译成为 机器语言（或者虚拟机的语言，如java），然 后执行。
•比较：
–编译的方式可以使得一次翻译过后，多次运 行。适于花较大的精力进行优化工作。
解释执行和编译执行的区别
如：… … b := 2 ; a := b+2 ; write a ; ……
编译程序
生成代码
Int 2 St b Ld b add 2 St a
赋值语句的语法树
赋值语句 标识符 := 表达式 表达式 + 表达式
标识符
表达式
*
表达式
标识符
整数
赋值语句的语法树另一种表达形式
id1:=id2+id3*N
:= id1 Position id2 initial
+
*
id3 rate N 60
(3)语义分析
•变量声明 •类型匹配 •类型转换 例: Program p(); Var rate:real; procedure initial; … position := initial + rate * 60 /* error */ /* error */ /* warning */; …
（编译原理）讲义
第一章概述计算机由硬件和软件组成，软件又包括程序设计语言、系统软件和应用软件，而编译系统属系统软件。
最早人们只能使用计算机可直接接受的机器语言，到1956年，在IBM704计算机上构造了第一个FORTRAN编译程序，使人们从繁重的机器语言程序设计中解放出来。
计算机是一种逻辑电子装置，它只能接受二进制数，要使得计算机接受高级语言程序，就要借助于编译程序将高级语言程序翻译成机器可接受的机器语言。
§1编译程序和解释程序：要在计算机上实现除机器语言之外的任一程序设计语言，就首先应使此语言为计算机所“理解”。
解决这一问题的方法有两种：一种是对程序进行翻译；另一种是对程序进行解释。
翻译程序：①汇编程序②编译程序翻译程序：是把一种语言编写的程序翻译成等价的另一种语言的程序；前一种语言称为源语言，后一种语言称为目标语言；根据源语言和目标语言的不同，有各种不同的翻译程序：汇编程序：若源语言是汇编语言，目标语言是机器语言，这种翻译程序称为汇编程序。
编译程序：若源语言是高级语言，而目标语言是某计算机的汇编语言或机器语言，这种翻译程序称为编译程序。
解释程序：它以用该语言编写的源程序作为输入，但不产生目标程序，而是按照源语言的定义边解释边执行源程序本身。
通常的编译程序是先将源程序比较简单地翻译成某种中间形式的程序，然后再对这种中间形式进行解释；这种中间形式的语言有多种：波兰表示、三元组、四元组、树、伪代码等。
编译程序和解释程序相比，解释程序的执行效率比较低，但占用时间较少。
§2编译程序的组成部分：编译程序将首先根据源语言的定义来对源程序进行分析，之后进行综合，并从而得到与源程序等价的目标程序；分析：对源程序进行结构分析和语义分析；综合：创建出与源程序等价的目标程序；结构分析：①词法分析②语法分析综合：①中间代码生成②代码生成每一个编译程序一般都要做以下几个方面的工作：①词法分析②语法分析③语义分析④中间代码生成⑤代码生成⑥代码优化目标程序图1。
第1章 编译原理
第一章引论知识结构：翻译程序的分类编译程序编译方法与解释方法编译程序的分类编译过程编译过程编译程序的组成编译程序的功能引言编译程序逻辑结构编译程序的结构编译程序组织方式编译程序的划分编译程序的设计表示形式编译程序的生成编译程序的移植第一节什么叫编译程序一、程序设计语言的分类1、程序源程序：用源语言（基本符号，关键字）编写的程序，它是翻译程序加工的对象。
中间程序（中间代码）：是一种结构简单，含义明确的记号系统。
目标程序：源语言程序经过翻译程序加工最后得到的目标语言程序。
翻译程序：将一种语言程序（源程序）转换成另一种语言程序（目标程序），后者与前者在逻辑上是等价的。
被翻译的程序翻译后的结果程序2、程序设计语言程序设计语言是用来编写程序的工具，可分为两大类：⑴低级语言机器语言：计算机的指令系统，可以被计算机直接执行的语言。
汇编语言：依赖于计算机抽象出来的一种符号语言，它是机器指令系统的符号化，具有宏指令功能的面向机器语言。
⑵高级语言不依赖计算机，为描述实际问题需要而设计的一个记号系统。
二、翻译程序的分类编译程序：将源程序翻译成等价的目标程序（汇编语言或机器语言）。
解释程序：按源程序中语句动态顺序，边解释，边执行。
汇编程序：将汇编语言编写的程序翻译成机器指令序列。
三、高级语言的翻译方式编译方式（类似笔译）：⑴编译阶段把源程序翻译成等价的目标程序（汇编语言，机器语言）。
①汇编语言（输出结果）编译阶段汇编阶段②机器语言（输出结果）⑵运行阶段编译程序与运行系统合称编译系统。
解释方式（类似口译）：对源程序的每一个语句边解释，边执行，不产生目标程序。
四、编译程序的特点1、翻译过程是一种功能上等价的翻译。
2、输出结果是（机器语言或汇编语言）低级语言。
3、编译程序与具体的语言和机器有关。
4、被编译的源程序是被加工的对象，目标程序是加工的结果。
五、编译程序与解释程序的区别编译程序与解释程序的区别在于是否生成目标代码。
六、高级语言与翻译的关系七、编译程序的分类1、诊断编译程序用于帮助程序开发和调试的编译程序。
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
编译原理课件-概述
(2) (* ,
id3 t1
(3) (+ ,
id2 t2
(4) (:= ,
t3 -
t1 ) t2 ) t3 ) id1 )
翻譯為中間代碼
j = 2 * i + 1; if (j >= n)
j = 2 * i + 3; return a[j];
Three-address code
t1 = 2 * i t2 = t1 + 1 j = t2 t3 = j < n if t3 goto L0 t4 = 2 * i t5 = t4 + 3 j = t5 L0: t6 = a[j] return t6
語義分析(處理）
:=
Id1
+
position Id2
initial
Id3
rate
* inttoreal 60
語義分析（語言的規定和實現）
int arr[2], c; c = arr * 10;
語義分析
語義分析(semantic analysis)
The parsed program is further analyzed
編譯邏輯過程
第1章编译原理概述
2、依循的原则：构词规则
3、描述工具：有限自动机
例如某程序片断：
begin var sum, first, count: real;
sum:= first+count*10 end.
简要说明为什么要使用编译程序：高级程序语言不能直接运行在机器上，而低级语言代码书写繁琐。
分析高级语言程序的典型处理过程，从中进一步了解编译程序的作用。
对照英文翻译成中文的过程来说明编译的具体过程。
通过源程序在不同阶段所被转换成的表示形式来介绍各阶段的主要任务。
5个字符b,e,g,i,n构成1个称为保留字的单词begin，这些单词间的空格在词法分析阶段都被过滤掉了。
2、目标代码的三种形式：
绝对指令代码:可直接运行
可重新定位指令代码:需要连接装配
汇编指令代码:需要进行汇编
编译的最后阶段与硬件系统结构和机器指令的含义有关。
1.2.2编译程序的结构
1、编译程序总框
编译过程除了上述六个主要阶段，还必须包括“表格管理程序”和“出错处理程序”。下图为一个典型的编译程序结构框图。
2、高级语言书写
优点:程序易读、易理解、容易维护、生产的效率高。
缺点:难以充分发挥计算机的系统功能，生成的程序效率低。
3、编译程序书写系统自动产生编译程序
1.4关于学习编译原理的意义
1、学习编译程序构造原理，技术
2、更好地理解高级语言
3、编译的原理和方法有助于构造一些实用的工具
本节教学目的：通过直观印象，引入编译程序概念
1、语言的结构化编辑器。
2、语言程序的调试工具。
编译原理第1章
编译原理第1章第一章编译概述2.典型的编译程序可划分为几部分？各部分的主要功能是什么？每部分都是必不可少的吗？答：编译程序主要由词法分析程序、语法分析程序、语义分析程序、中间代码生成程序、代码优化程序、目标代码生成程序、信息表管理程序、错误检查处理程序组成。
各部分的主要功能如下：词法分析程序又称扫描器。
进行词法分析时，依次读入源程序中的每个字符，依据语言的构词规则，识别出一个个具有独立意义的最小语法单元，即“单词”，并用某个单词符号来表示每个单词的词性是标识符、分界符还是数；语法分析程序的功能是：对词法分析的结果，根据语言规则，将一个个单词符号组成语言的各种语法类；语义分析的功能是确定源程序的语义是否正确；中间代码生成程序的功能是将源程序生成一种更易于产生、易于翻译成目标程序的中间代码；代码优化程序的功能是将中间代码中重复和冗余部分进行优化，提高目标程序的执行效率；目标代码生成程序的功能是将中间代码生成特定机器上的机器语言代码；符号表管理程序的功能是记录源程序中出现的标识符，并收集每个标识符的各种属性信息；错误处理程序的功能是应对在编译各个阶段中出现的错误做适当的处理，从而使编译能够继续进行。
编译程序的每部分都是必不可少的。
3.解释方式和编译方式的区别是什么？答：解释方式最终并不生成目标程序，这是编译方式与解释方式的根本区别。
解释方式很适合于程序调试，易于查错，在程序执行中可以修改程序，但与编译方式相比，执行效率太低。
4.论述多遍扫描编译程序的优缺点？答：优点：（1）可以减少内存容量的需求，分遍后，以遍为单位分别调用编译的各个子程序，各遍程序可以相互覆盖；（2）可使各遍的编译程序相互独立，结构清晰；（3）能够进行充分的优化，产生高质量的目标程序；（4）可将编译程序分为“前端”和“后端”，有利于编译程序的移植。
缺点是每遍都要读符号、送符号，增加了许多重复性工作，降低了编译效率。
编译原理-第一章
本章主要介绍为什么需要编译程序以及编译程序的功 能、体系结构、工作过程、组织方式，编译程序与高级程 序设计语言的关系，以及编译自动化和并行编译程序等方 面的基本知识。
1.1 翻译程序
1.1.1 程序设计语言 介绍了程序设计语言的发展
1.1.2 翻译语言 翻译程序将高级语言编写的程序翻译成机器语言
1. 自动产生编译程序的“编译程序的编译程序” （Compiler-Compiler）。只要给出某一高级程序语 言的语法规则和语义描述，这类程序就能自动地生成 相应语言的编译程序。
2. 面向语法的符号加工程序。这类程序比较通用。 3. 由可扩充语言组成的集合。这类TWS允许程序员利用
已有的数据类型和语句去定义新的数据类型和语句。
编译总控
Comp1
内
外
存
Comp1
覆盖
Comp2
…
存
Compn
扫描对象
部分处理结束
加工 结果
输入 对象
编译程序组织方式
1.6 编译程序的其他有关技术
❖ 编译程序的自展技术 ❖ 编译程序的移植 ❖ 编译程序的自动化 ❖ 程序的可再入性
编译程序的自展技术
按照自展技术，需要把源语言L分解成一个核心部分L0 与扩充部分L1，L2，…，Ln。
编译程序的自动化
❖ 在编译程序自动化进程中，开发早且应用广泛的 是词法分析程序生成器和语法分析程序生成器。
❖ 词法分析程序生成器：LEX（详见第13章）。它输入的是
正规表达式，输出的是词法分析程序。LEX的基本思想是由正规表 达式构造有穷自动机。
❖ 语法分析程序生成器：基于LALR（1）文法的YACC（Yet
1.5 编译程序的组织方式
编译原理(第一章)
语法分析器通常采用自顶向下的分析 方法，从源代码的起始位置开始，逐 步向下解析，直到找到完整的语法结 构或遇到语法错误。
语法分析是编译器的基础，它决定了 源代码的结构和含义，并为编译器提 供了理解和处理源代码的框架。
语法分析的任务
确定词法单元
语法分析器需要将源代码分解 成一个个的词法单元或符号， 如关键字、标识符、运算符等
对优化后的代码进行评估，包括性能测试、空间占用测试 等，以确定优化的效果是否达到预期目标。
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优化的分类
根据优化涉及的方面不同，优 化可以分为局部优化和全局优 化。
局部优化是指在单个函数或代 码块范围内进行的优化，通常 关注单个语句或表达式的优化。
全局优化是指在程序的全局范 围内进行的优化，通常关注函 数或模块之间的优化，以提高 整个程序的性能。
优化技术
在此添加您的文本17字
常见的优化技术包括常量折叠、死代码消除、循环展开、 循环优化、函数内联等。
在此添加您的文本16字
常量折叠是指在编译过程中将常量表达式的结果进行计算 并替换掉原来的表达式，以减少程序运行时的计算量。
在此添加您的文本16字
死代码消除是指删除程序中永远不会被执行到的代码，以 减少程序的空间占用和提高程序的运行效率。
在此添加您的文本16字
循环展开是指将循环体中的代码复制到循环外部，以减少 循环次数和减少循环开销。
。
识别语法结构
语法分析器需要识别出源代码 中的各种语法结构，如表达式 、语句、程序等。
建立语法树
语法分析器需要将识别的语法 结构按照一定的规则组织起来 ，形成一棵语法树。
语义检查
语法分析器在识别语法结构的 同时，还需要进行一些语义检 查，如类型检查、变量声明等
编译原理第一章
第一章概述1．1 编译程序的概念计算机硬件的最核心部件是CPU（Computer Processor Unit）即中央处理器，CPU能够执行的指令是二进制形式的指令即机器指令，机器指令的集合称机器语言。
用机器指令书写的程序可以说无法阅读，程序设计的效率极低甚至可以说无法进行程序设计。
机器指令的助记符形式称汇编指令，比如MOV是数据传送指令，助记符形式的汇编指令的集合称汇编语言。
汇编语言的出现使得程序设计的效率有所提高，即使现在，汇编语言仍是编制设备驱动程序的重要工具。
但是，汇编语言书写的程序不能直接在CPU中运行，需要汇编程序（Assembler）把汇编语言书写的源程序（Source Program）汇编成机器语言程序才能在CPU中运行。
汇编的过程可以用下图表示：（源程序）（目标程序）汇编语言与机器语言类似，仍然依赖于计算机，使用起来繁琐、易出错、可读必差、缺乏通用性，因此面向过程的高级语言、面向对象的高级语言相继出现了。
例如面向过程的高级语言：Basic、Pascal、Fortran、C语言等等；面向对象的高级语言Visual Basic、Visual C++、Delphi、PowerBuilder等等。
把高级语言翻译（Translator）成汇编语言程序或机器语言程序的程序称为编译程序（Compiler）。
汇编语言与机器语言亦称低级语言。
对高级语言书写的源程序进行编译的过程可以用下图表示：编译程序翻译目标程序（Object Program）一般指低级语言程序。
综上所述，可以看出编译程序在计算机系统中的重要地位。
不同的高级程序设计语言需要不同的编译程序，同一种高级程序设计语言在不同的计算机上需要不同的编译程序。
有了编译程序，程序设计人员就不需要考虑与计算机硬件有关的绝大部分甚至全部细节，使程序设计独立与计算机，即同一个高级语言源程序可以在不同的计算机上运行。
在计算机上运行一个高级语言源程序一般分为两步：第一步是通过编译程序把源程序翻译成目标程序；第二步是运行或称执行目标程序。
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( * id3 60.0 t2 )
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编 译 程 序
源 程 序
汇 编 语 言
汇 编 程 序
目 标 代 码
初 始 数 据
目运 标行 代子 码程 序 运行时
计 算 结 果
编译时
汇编时
.exe
编译原理
2015年4月25日
.obj
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高 级 语 言 程 序 的 处 理 过 程
编译原理
2015年4月25日
19
解释程序
以源程序作为输入，不产生目标程序，一边 解释一边执行
编译原理
2015年4月25日
3
课程概述－3：学习任务
• 掌握编译理论基础和形式化系统（过程、思 想，对其思想用数学格式描述）
• 了解编译的全过程及其具体实现方法
编译原理
2015年4月25日
4
课程概述－4：学习方法
• 认真听课，理论书中基本概念、基本原理与 基本算法（枯燥，原理性强，数学性强，符 号多，自己看书比较麻烦） • 弄懂书中例题和认真对待课后习题 • 在看书或理解例题时，一定要划出相应的细 节变化过程，通过画图来加深理解 • 在理解基础上记忆（算法原理概念都是经典 内容）
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相关术语
• 词法分析(lexical analysis or scanning) --The stream of characters making up a source program is read from left to right and grouped into tokens,which are sequences of characters that have a collective meaning. • 单词---token • 保留字---reserved word • 标识符 ---identifier(user-defined name)
编译原理
2015年4月25日
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三、语义分析及中间代码生成
任务：依据语义规则对识别出的各种语法成分析其 含义，并进行初步翻译，生成中间代码。
•静态：
分析语法成份的含义，进行语义上的正确性检查 •动态： 根据相应语义，生成中间代码（介于源语言和目 标语言之间的中间语言形式）
编译原理
2015年4月25日 35
优化举例
t1 = b* c t2 = t1+ 0 t3 = b* c t4 = t2 + t3 a = t4 t1 = b* c t2 = t1 + t1 a = t2
编译原理
2015年4月25日
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优化举例
(1) (inttoreal 60
(2) ( (3) ( (4) ( * + :=
id1:= id2 + id3 * 60
汇编程序与编译程序都是翻译程序，主要区别是加工对象的 不同。由于汇编语言格式简单，常与机器语言之间有一一对 应的关系。汇编程序所要做的翻译工作比编译程序简单的多。
编译原理
2015年4月25日 14
源程序的编译和运行
• 编译或汇编阶段
源程序 编译程序 或汇编程序 目标程序
• 运行阶段
输入数据
目标程序 + 运行子程序
编译原理
2015年4月25日
BNF表示
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语法分析的依据——语法规则
描述程序结构的规则 赋值语句 A::=V:=E E::=T | E+T T::=F | T*F F::=V | (E) | C V::=标识符 C::=常数
2015年4月25日
递 归 定 义
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编译原理
position:= initial + rate * 60
《编译原理》
主讲：何 菊 hjojh@ B4418 85811572（O） 教材 《编译原理》 吕映芝等编 清华大学出版社 参教 《编译原理》 陈火旺编 国防科技大出版社
编译原理
2015年4月25日 1
课程概述－1：课程地位
• 计算机专业的专业基础课，主要解决高 级语言的运行问题 • 是软件技术的基础 • 计算机专业学生必修的一门主干课程 • 是本学科研究生入学考试的课程之一
2.理解编译程序总的框架，明确编译程序工 作的基本过程及各阶段的基本任务
编译原理
2015年4月25日
8
程序设计语言
• 自然语言——人与人交流的一种工具 • 人与计算机如何交流
？
通过程序设计语言将问题编写成程序 ，计算机按程序的计算步骤计算出结 果
编译原理
2015年4月25日 9
程序设计语言
• 低级语言（Low level Language)
OBJECT PROGRAM
即源程序是翻译程序的输入，目标程序是翻译程序的输出
编译原理
2015年4月25日
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•汇编程序
若源程序用汇编语言书写，经过翻译程序得到用机器语言 表示的程序，这时的翻译程序就称之为汇编程序，这种翻译过 程称为“汇编”(Assemble）
•编译程序
若源程序是用高级语言书写，经加工后得到目标程序，上述 翻译过程称“编译”（Compile)
编译 （笔译，程序到程序）由高级语言转换为低
级语言，如C，Pascal语言
解释 （口译，语句到语句）接受某高级语言的一
个语句输入，进行解释并控制计算机执行，马上得 到这句的执行结果，然后再接受下一句。不产生目 标程序，直观简单，但效率低，如Basic语言
编译原理
2015年4月25日 21
编译和解释
源程序
• 工作过程
输入数据
解释程序
输出数据
• 特点：与编译系统比较，解释系统较简单、 可移植性好，易于查错，但速度慢 不产生目标程序，每次执行源程序，都必须解释一次 编译原理
2015年4月25日 20
程序设计语言的转换
翻译：能把某种语言的源程序，在不改变语义 的条件下，转换成另一种语言程序——目标语 言程序。 两种实现方式：
赋值语句
id1:=id2+id3*60
标识符 Id1 := 表达式
表达式
+
表达式
标识符 Id2
编译原理
表达式 标识符 Id3
*
表达式 整数 60
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id1:=id2+id3*60
:=
id1 Position id2 initial
+
* id3 rate
2015年4月25日
N 60
x
t2
t3 y
其中t1、t2、t3为编译程序引入的临时工作单元
编译原理
2015年4月25日 37
四、代码优化
•任务：对中间代码进行加工变换，以得到高质 量（省时间、省空间）的目标代码
•依据原则：程序的等价变换规则
•主要优化内容 公共子表达式提取、合并已知量、删除 无用赋值语句、循环优化等
编译原理
2015年4月25日 38
编码形式
单词：是语言的基本语法单位
<1>保留字（如:if、else、while）
<2>标识符（如:max、min、str）
<3>常数
（如:12、6.8、’a’）
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<4>算符、界符（如:+、-、*、/、;、（、） ）
编译原理
词法分析程序的结果-----二元式
y=x+r*6
单词值
•翻译程序
将源程序转换为目标程序的程序称为翻译程序。它是 指各种语言的翻译器，包括汇编程序和编译程序，是汇编 程序、编译程序以及各种变换程序的总称。
编译原理
2015年4月25日 12
S
O I
源程序、翻译程序、目标程序 三者关系：
源程序
SOURCE PROGRAM
翻译程序
TRANSLATER
目标程序
编 译 程 序 编译时
术语
源 程 序
(*.C / *.PAS)
目 标 代 码
(*.OBJ / *.EXE)
初 始 数 据
目运 标行 代子 码程 序 运行时
计 算 结 果
编译程序的源语言(源程序)
编译原理 编译程序的目标语言 (目标程序)
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编译的过程转换
三阶段转换：编译—汇编—运行
• 编译程序是源程序的一个转换系统 • 解释程序是源程序的一个执行系统 • 两者在实现技术上并无很大差别，都要完 成词法分析、语法分析、语义
1.2 编译过程和编译程序的结构
• 翻译和编译工作的比较
翻译外文 分析 编译程序 识别单词 词法分析 分析句子 语法分析 根据语义进 语义分析、生成中间代码 行初步翻译
y = x + r * 6
编译原理
单词类别
标识符 算符（赋值） 标识符 算符（加号） 标识符 算符（乘号） 常数
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Void jisuan（） { int y,c,d; float x,a,b; x=a+b*50; y=c+)d*(x+b; }
请识别上段代码中的单词
编译原理
2015年4月25日
生成中间代码的目的：
• 利于代码优化 • 利于目标代码的移植
中间代码的形式：
• 四元式、三元式、逆波兰表示
编译原理
2015年4月25日
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四元式
例：y = x + r * 6
运算符