《编译原理课程教案》第1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。
编译原理第1章 概述
1.3 编译程序的生成
一、基本方法 1. 对源程序文本进行
认真分析（语法语 义理解） 2. 设计编译算法（前后 端、遍、算法等） 3. 选择语言，编制程序 4. 调试编译程序(测试） 5. 整理资料、形成文本
二.移植：将别的语言的编译移植过来 三. 自展：L0→L1+L0 →L2+L1+L0 → … →L 四. 编译程序的自动生成 1. 词法分析程序生成器－－－－LEX 2. 语法分析程序生成器－－－－YACC 3. 自动产生编译程序的工具 编译程序－编译程序 编译程序产生器 翻译程序脚本系统
随着并行技术和并行语言的发展，处理并行语言的并行 编译技术和将串行程序转换成并行程序的自动并行编译技术 正在深入研究之中。
优
码
程序
析
析
代 码
产
化
生 成
生
信息表管理程序
国防科技大学出版社 [3]杜淑敏著，编译程序设计原理、北京航空
航天大学出版社 [4]Aho ,编译原理技术工具（英文），1986 [5]形式语言与自动机理论（研究生教材）
第一章引论
1.1 什么是编译程序
编译程序是一种翻译程序，它将高级 语言所写的程序翻译成等价的机器语言 或汇编语言的目标程序。
源
编
其中的道理。 3、不得缺席：难学，自学花时间多 4、适当做笔记 5、意见反馈 6、作业：一定要独立完成
四、学时安排及评分标准
讲课42学时 12学时上机（词法、语法） 要交实验报告 考试占70% 平时占30%，{ 作业，考勤，实验} 只讲授部分章节
编译原理课程教学大纲教案
编译原理课程教学大纲教案《编译原理》课程教案一、课程基本信息课程编号：10134045课程类别：专业课适用于专业：计算机科学与技术学分：理论教学学分3学分总学时：48学时其中理论学时：48学时；实验学时：0学时先修成课程：c语言程序设计、数据结构、汇编语言程序设计时程课程：课程简介：本课程就是计算机专业的一门很关键的专业课，主要了解编程理论基础知识，词法分析、自上而下语法分析、优先分析法、自下而上语法分后法、中间代码生成、代码优化和目标代码生成的基本理论和基础知识。
主要教学方法与手段：课堂多媒体课件结合黑板板书。
教材：1．薛联凤、秦振松，《编程原理及编译程序结构》（第二版），东南大学出版社，2021。
选修书目：1．吕映芝、张素琴等编著，《编译原理》，清华大学出版社，2021。
2．陈火旺等编著，《程序设计语言与编译原理（第3版）》，国防工业出版社，20213．张幸儿，《计算机编程理论》（第三版），科学出版社，2021。
二、课程总目标：本课程教学目标是使学生理解编译的基本理论知识和实现方法，了解自动机语言的形式化定义、编译技术的各种概念以及具体实现过程的方法。
从形式语言理论角度讨论词法分析和语法分析技术，为学生将来从事系统软件开发打下良好的基础。
三、课程教学内容与教学要求1、教学内容与学时分配课程总学时：64学时，其中讲授学时：48学时；实验(上机)学时：16学时第1页共8页教学内容与学时分配建议如下表中：学时分配序序教学章节名称教学章节名称号谈实号课验第六章lr分析法及分析1第一章讲义26程序自动结构第七章语法制导译者并2第二章编程基础知识47产生中间代码第八章运转时数据区的3第三章词法分析68管理4第四章自上而下语法分析69第九章中间代码优化1第十章目标代码生成5第五章优先分析法602、教学要求：合计学时分配讲实课验8824248第一章引论（2学时）教学目标：介绍编译程序与高级程序设计语言的关系；编程和表述的概念;编译程序的几个阶段所顺利完成的任务及撰写编译程序的主要方法；认知编程理论和课堂教学结合的重要性；掌控编程的各个阶段及其主要任务教学内容：第一节程序设计语言与编程一、程序设计语言二、编译的概念三、编译的过程第二节编译程序概述一、词法分析二、语法分析三、中间代码生成四、优化五、目标代码生成六、表格与表格管理七、失效处置八、不下第三节编译程序的构造第2页共8页一、编译程序的生成方法二、编译程序的设计方法教学要求：重点介绍编译的概念;编译的几个阶段及其所需完成的任务。
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》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。
编译原理课程教案第1章编译原理概述
2021/3/17
《编译原理实践及应用》
第31页
1.3 编译程序的结构
2021/3/17
《编译原理实践及应用》
第32页
2021/3/17
《编译原理实践及应用》
第33页
• 几个概念 – 符号表：登记源程序中出现的名字以及名字的各种属性。 – 遍：对源程序或源程序的中间结果从头到尾扫描一次，并作有关的加工处理，生成新 的中间结果或目标程序。 – 编译前端：主要指与源语言有关，与目标语言无关的部分，通常包括词法分析、语法 分析、语义分析和中间代码生成，与机器无关部分的代码优化。 – 编译后端：指与目标机器有关的部分。如与机器有关的优化、目标代码生成。
end;
单词
begin result
:=
5 + B * C + B * C end
;
类型
关键字 标识符
界符
常数 算符 标识符 算符 标识符 算符 标识符 算符 标识符 关键字
界符
内部形式
$begin id1 :=
int1 + id1 * id2 + id2 * id3 $end
;
2021/3/17
《编译原理实践及应用》
第12页
• 问题： • 1. 什么是编译程序？ • 2. 编译程序的工作过程是什么样的？ • 3. 编译程序的总体结构是什么样的？ • 4. 什么叫编译前端、编译后端？ • 5. 什么叫“遍”（pass）？ • 6. 编译程序有哪些生成方法？
2021/3/17
《编译原理实践及应用》
第13页
1.1 编译程序是什么
编译原理课程教案第1章编译原理 概述
教材及主要参考资料
编译原理教案
编译原理教案说明：一、参考书：1、陈意云、张昱：《编译原理》，高等教育出版社，2003年。
2、陈意云、张昱：《编译原理习题精选》，中国科技大学出版社，2003年。
3、吕映芝、张素琴、蒋维杜：《编译原理》，清华大学出版社，1998年第二版。
4、王生原、吕映芝、张素琴：《编译原理课程辅导》，清华大学出版社，2007年。
5、伍春香：《编译原理习题与解析》，清华大学出版社，2001年。
6、Andrew W.Appel：《现代编译原理—C语言描述》，人民邮电出版社，2005年。
7、Noam Nison等：《计算机系统要素》，电子工业出版社，2007年。
8、Randall Hyde：《编程卓越之道（第二卷）》，电子工业出版社，2007年。
二、教学目的：通过学习形式语言与自动机理论、词法分析、语法分析、语义分析、代码优化和生成等内容使学生掌握构造编译程序的基本原理和基本方法，并通过上机实习使学生进一步掌握开发应用程序的基本方法，为深入理解计算机系统、程序设计语言与开发大型应用程序打下良好的基础。
三、教学时数：课堂教学51学时，上机实验30学时。
四、授课内容：第一章编译程序概述第二章 PL/0编译程序的实现第三章文法和语言第四章词法分析第五章自顶向下语法分析方法第六章自底向上优先分析方法第七章 LR分析方法第八章语法制导翻译和中间代码生成第九章符号表第一○章目标程序运行时的存储组织第一一章代码优化第一二章代码生成第一章概述一、说明：1、教学目的与要求：了解编译程序的概念、结构以及工作流程。
2、主要内容：什么是编译程序、编译过程概述、编译程序的结构、编译阶段的组合、编译技术和软件工具以及实例分析。
3、教学重点：编译程序的结构以及每一阶段的任务。
4、教学难点：理解编译程序各模块的判错功能、编译方式和解释方式执行速度上的不同。
二、教学内容第一节编译程序1、机器语言：直接用计算机能够识别的二进制代码指令来编写程序的语言。
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
编译原理课程设计教案
编译原理课程设计教案一、课程简介1.1 课程背景编译原理是计算机科学与技术领域的基础课程，旨在培养学生对编译器设计和实现的理解。
通过本课程的学习，学生将掌握编译器的基本原理、构造方法和实现技巧。
1.2 课程目标（1）理解编译器的基本概念、工作原理和分类；（2）熟悉源程序的词法分析、语法分析、语义分析、中间代码、目标代码和优化等基本过程；（3）掌握常用的编译器构造方法和技术；（4）能够设计和实现简单的编译器。
二、教学内容2.1 词法分析（1）词法规则的定义和描述；（2）词法分析器的实现方法；（3）词法分析在编译器中的作用和重要性。
2.2 语法分析（1）语法规则的定义和描述；（2）语法分析树的构建方法；（3）常用的语法分析算法及其特点。
2.3 语义分析（1）语义规则的定义和描述；（2）语义分析的方法和技巧；（3）语义分析在编译器中的作用和重要性。
2.4 中间代码（1）中间代码的定义和表示；（2）中间代码的方法和策略；（3）中间代码在编译器中的作用和重要性。
2.5 目标代码和优化（1）目标代码的方法和技巧；（2）代码优化的方法和策略；（3）目标代码和优化在编译器中的作用和重要性。
三、教学方法3.1 讲授法通过讲解编译原理的基本概念、理论和方法，使学生掌握编译器的设计和实现技巧。
3.2 案例分析法分析实际编译器的设计和实现案例，使学生更好地理解编译原理的应用。
3.3 实验法安排实验课程，让学生动手设计和实现简单的编译器组件，提高学生的实际操作能力。
3.4 小组讨论法组织学生进行小组讨论，培养学生的团队合作精神和沟通能力。
四、教学评价4.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况和小测验成绩，占总评的30%。
4.2 实验成绩包括实验报告和实验演示，占总评的30%。
4.3 期末考试包括理论知识考核和实际操作考核，占总评的40%。
五、教学资源5.1 教材推荐使用《编译原理》教材，为学生提供系统、全面的学习资料。
5.2 课件制作精美、清晰的课件，辅助课堂教学。
编译原理教案
编译原理教案一、教学目标1. 了解编译原理的基本概念和原理；2. 学习词法分析、语法分析、语义分析和代码生成等基本理论和方法；3. 掌握编译器的构建过程和相关工具的使用；4. 培养学生动手实践和解决问题的能力。
二、教学内容1. 编译原理概述a. 编译器的作用和基本原理b. 编译器的组成和流程2. 词法分析a. 词法分析的任务和基本原理b. 正则表达式和有限状态自动机的应用3. 语法分析a. 语法分析的任务和基本原理b. 自顶向下和自底向上的语法分析方法4. 语义分析a. 语义分析的任务和基本原理b. 符号表管理和类型检查的实现5. 代码生成a. 代码生成的任务和基本原理b. 目标代码生成和优化技术三、教学方法1. 理论讲解：通过课堂教学和讲解，介绍编译原理的基本概念、原理和方法。
2. 实验操作：以案例为基础，进行实际代码开发和调试，提升学生的动手实践能力。
3. 讨论交流：利用课堂讨论和小组合作，促进学生与教师之间、学生之间的交流和互动。
四、教学过程1. 第一节课：编译原理概述a. 教师介绍编译原理的定义和作用以及编译器的基本原理；b. 学生听讲和记录笔记，对概念和原理进行理解和总结。
2. 第二节课：词法分析a. 教师详细讲解词法分析的任务和基本原理；b. 学生完成一道词法分析的编程实践，将正则表达式转化成有限状态自动机。
3. 第三节课：语法分析a. 教师介绍语法分析的任务和基本原理，包括自顶向下和自底向上的方法；b. 学生进行一道语法分析的实践，构建一个简单的LL(1)文法并完成分析表的生成与使用。
4. 第四节课：语义分析a. 教师讲解语义分析的任务和基本原理，重点介绍符号表管理和类型检查；b. 学生进行一道语义分析的实践，实现一个简单的符号表管理和类型检查功能。
5. 第五节课：代码生成a. 教师讲解代码生成的任务和基本原理，包括目标代码生成和优化技术；b. 学生进行一道代码生成的实践，将中间代码转化为目标机器代码。
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。
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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
大学四年级编译原理教案
大学四年级编译原理教案第一节：引言编译原理是计算机科学与技术专业的一门重要课程，属于计算机基础理论的范畴。
它主要研究的是如何将高级语言程序转化为可执行的机器语言程序的过程。
编译原理作为计算机科学与技术专业中的一门核心课程，对于学生深入理解计算机底层原理、掌握高级语言编程有着重要的作用。
本教案拟以大学九年级编译原理课程为基础，对教学内容、教学目标、教学方法和教学评价等进行详细规划，以期达到教学效果最大化。
第二节：教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1. 编译原理的基本概念：介绍编译原理的基本概念和主要任务，包括词法分析、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内容。
2. 词法分析：详细讲解词法分析的概念和相关算法，包括正则表达式、有限自动机和词法分析器的设计与实现等。
3. 语法分析：介绍语法分析的概念和相关算法，如LL(1)文法、LR(1)文法和语法分析器的设计与实现等。
4. 语义分析：阐述语义分析的基本原理和方法，包括语义规则的定义、语义动作的执行和语义分析器的设计等。
5. 中间代码生成：探讨中间代码生成的概念和常用的中间表示形式，如四元式和三地址码等。
6. 代码优化：介绍代码优化的基本原理和常用的优化技术，如常量传播、公共子表达式提取和循环优化等。
7. 目标代码生成：详细阐述目标代码生成的原理和方法，包括寄存器分配、指令选择和代码生成器的设计等。
第三节：教学目标通过本课程的学习，学生应该达到以下几个方面的能力：1. 掌握编译原理的基本概念和任务，能够清晰地描述编译过程中各个阶段的工作内容和关键技术。
2. 熟悉词法分析、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环节的算法和实现方法，能够使用相应的工具和技术进行编译器的开发。
3. 理解编译器设计的原则和方法，能够根据给定的语言文法和需求设计和实现简单的编译器。
4. 具备分析和解决实际问题的能力，能够根据具体的语言特点和需求进行编译器的优化和扩展。
第1课 第1章_编译原理概述
共20页 5
语义分析 semantic analysis
进行语义审查以判断是否有语义错误，例如： 上下文相关性，类型匹配，类型转换 The parsed program is further analyzed to determine whether it conforms to the source language’s contextual constraints: scope rules, type rules
源程序
遍
第一遍输出文件 第二遍输入文件
遍
第(N-1)遍输出文件 第N遍输入文件
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遍
目标代码
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Compiler与interpreter
解释程序不生成可执行文件，不能独立执行
编译程序生成可执行文件，可以独立执行
Basic，JAVA
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编译技术的发展史
第一个编译程序据说出现在20世纪50年代早期，其功能 多数是将算术公式翻译成机器代码，非常简单。 50年代中期，随着FORTRAN等高级语言的出现，开发 了相应的编译系统。 50年代末，开始研究能够自动生成编译程序的程序。 60年代起，开始使用自展技术，就是使用语言编写其自 身的编译程序 并行技术的发展带动了并行编译技术的研究；嵌入式系 统的发展推动了交叉编译技术的发展；此外还有VHDL 等专用语言的编译技术不断深化。
共20页 13
编译阶段的组合
分析，综合(synthesis)
源程序的分析
目标程序的综合
编译的前端（front end） 编译的后端（back end）
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14
源代码
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例：
序号 四元式 1 (*, id2, id3, T1) 2 (+, int1, T1, T2) 3 (+, T2, T1, id1)
（1）mov AX, id2 （2）mul AX, id3 （3）mov BX, AX （4）add AX, int1 （5）add AX, BX （6）mov id1, AX
– 编译后端：指与目标机器有关的部分。如与机 器有关的优化、目标代码生成。
编译阶段的组合
为什么要生成中间代码
语言1的前端
机器1的后端
语言2的前端 ……
语言n的前端
中间代码表示
机器2的后端 ……
机器m的后端
编译程序中的主要数据结构:
(1) 记号(token) 当扫描程序将字符收集到一个记号中时， 它通常是以符号表示这个记号；这也就是说， 作为一个枚举数据类型的值来表示源程序的 记号集。
– 重定位(relocation) • 预处理器(Preprocessor) • 编辑器(editor) • Debugger,Pro Manager
什么是编译原理
编译原理是讨论编译程序设计的基本理论、 基本概念、基本方法
1.2 编译过程概述
• 逻辑上分五个阶段：词法分析、语法分析、
语义分析与中间代码生成、代码优化、目标代码 生成。 每个阶段把源程序从一种表示变换成另一种表示。
用于其他软件的设计开发。
• 4、随着微处理器技术的飞速发展，处理器 性能在很大程度上取决于编译器的质量、 编译技术成为计算机的核心技术，地位变 得越来越重要。
《编译原理》课程在计算机科学中 的重要地位
• (1) 学习编程最初是学习一门高级语言，C或Pascal，掌握编写 一些简单程序的方法；
• (2) 学习数据结构，建立“算法”的概念，对编程有更深入的 理解。遇到问题的时候，能够寻找相应的数据结构模型，设计 适当的算法来解决问题；
❖ 功能
源程序
解释程序
结果
输入数据
编译程序的分类
• 诊断编译程序 • 优化编译程序 • 可变目标编译程序 • 交叉编译程序
与编译程序相关的程序
• 解释程序(Interpreter) • 汇编程序(assembler) • 连接程序(linker)
– 连接系统函数与系统资源 • 装入程序(loader)
任务：对已产生的中间代码进行加工变换， 使生成的目标代码更为高效(时间和空间)。
o 优化方法包括：公共子表达式的提取、循 环优化、删除无用代码等。
o 代码的优化依据的是程序的等价变换规则。
例：
序号 四元式 1 (*, id2, id3, T1) 2 (+, int1, T1, T2) 3 (*, id2, id3, T3) 4 (+, T2, T3, T4) 5 (:=, T4, _, id1)
end;
单词 begin result
:= 5 + B * C + B * C end ;
类型 关键字 标识符 界符 常数 算符 标识符 算符 标识符 算符 标识符 算符 标识符 关键字 界符
内部形式 $begin id1 := int1 + id1 * id2 + id2 * id3 $end ;
《编译原理》课程在计算机科学中 的地位
汇编语言
计算机组成原理
高级语言 程序设计
离散数学 数据结构
编译原理 操作系统
系统软件
信息系统 电子商务
应用软件 软件工程
学习本课程的目的和任务
• 加深对编程语言设计和实现的理解，对和编 程语言有关的理论有所了解，对宏观上把握 编程语言来说，起一个奠基的作用，提升自 身的编程能力
赋值语句
标识符 := 表达式 id1:=int1 + id2 * id3 + id2 * id3
id1(result)
表达式 常数
+
表达式
表达式
+
表达式
int1(5)
表达式 * 表达式
标识符
标识符
id2(B)
id3(C)
表达式 * 表达式
标识符 标识符
id2(B)
id3(C)
第三阶段：语义分析和中间代码生成
(4) 常数表（literal table）
常数表的功能是存放在程序中用到的常量和 字符串，因此快速插入和查找在常数表中也 十分重要。但是，在其中却无需删除，这是 因为它的数据全程应用于程序而且常量或字 符串在该表中只出现一次。
(5) 中间代码（intermediate code）
根据中间代码的类型（例如三元式代码）和 优化的类型，该代码可以是文本串的数组、 临时文本文件或是结构的连接列表。对于进 行复杂优化的编译器，应特别注意选择允许 简单重组的表示。
这个数据结构中的信息与标识符有关：函数、变量、 常量以及数据类型。符号表几乎与编译器的所有阶 段交互：扫描程序、分析程序或将标识符输入到表 格中的语义分析程序；语义分析程序将增加数据类 型和其他信息；优化阶段和代码生成阶段也将利用 由符号表提供的信息选出恰当的代码。因为对符号 表的访问如此频繁，所以插入、删除和访问操作都 必须比常规操作更有效。尽管可以使用各种树的结 构，但杂凑表却是达到这一要求的标准数据结构。 有时在一个列表或栈中可使用若干个表格。
(6) 临时文件（t e m p o r a ry file）
计算机过去一直未能在编译器时将整个程序 保留在存储器中。这一问题已经通过使用临 时文件来保存翻译时中间步骤的结果或通过 “匆忙地”编译（也就是只保留源程序早期 部分的足够信息用以处理翻译）解决了。
1.1 编译程序是什么
❖ 编译程序（Compiler）——将高级程序设计语言 程序翻译成逻辑上等价的低级语言(汇编语言,机 器语言)程序的翻译程序。
❖ 功能 源程序
编译程序
目标程序
输入数据 计算机运行
结果
计算机中的语言层次和转换关系
转换
高级语言层 高级语言1
程序
高级语言2
解释程序1 编译程序1 编译程序2
第一章
引论
本章要求
• 主要内容：各种翻译程序的概念，编译 过程和阶段划分，编译程序的组成和结 构，编译程序的构造方法
• 重点掌握：编译程序工作的基本过程及 其各阶段的基本任务，编译程序总框。
• 问题：
• 1. 什么是编译程序？ • 2. 编译程序的工作过程是什么样的？ • 3. 编译程序的总体结构是什么样的？ • 4. 什么叫编译前端、编译后端？ • 5. 什么叫“遍”（pass）？ • 6. 编译程序有哪些生成方法？
产生 优化 目标代码 产生
第一阶段：词法分析
任务:从左到右扫描源程序，识别出每个单 词 o 附加任务：a、滤掉空格 b、识别单 词 o 单词符号是语言的基本组成成分 o 词法分析的工作主要依据语言的词法规 则，描述词法规则的有效工具是正规式 和有限自动机。
例:
begin result:=5＋B * C＋B * C
add ax,bx mov z,ax ......
机器码
内存地址 内存内容 单元名字
…… 200H 201H 202H
…… 3 2 5
…… x：局部变量 y：局部变量 z：局部变量
……
……
为什么要学习编译原理？
• 1、有助于深刻理解和正确使用程序设计语
言，加深对高级语言程序执行过程的理解
• 2、有助于加深对整个计算机系统的理解。 • 3、设计开发编译程序的软件技术同样可以
• 掌握编译程序的基本结构，掌握常用的编译 技术和方法，将编译原理的理论和方法应用 于一般的软件设计中
• 培养团队协作能力
本课程的特点
• (1) 本课程理论性很强，学习时需要很强的 逻辑思维能力
• (2) 涉及的算法复杂，要深入地理解这些算 法很困难
• (3) 编译原理课程各个部分之间的独立性很 强，包括词法分析、语法分析、存储的组 织与分配、中间语言、语法制导翻译、代 码生成与优化这几大部分。词法分析、及 语义分析是重点；其他部分相对来说知识 性更强一些。
第30页1.Leabharlann 编译程序的结构• 几个概念
– 符号表：登记源程序中出现的名字以及名字的 各种属性。
– 遍：对源程序或源程序的中间结果从头到尾扫 描一次，并作有关的加工处理，生成新的中间 结果或目标程序。
– 编译前端：主要指与源语言有关，与目标语言 无关的部分，通常包括词法分析、语法分析、 语义分析和中间代码生成，与机器无关部分的 代码优化。
交叉编 译程序
高级语言3 高级语言4 编译程序3 编译程序4
汇编语言层 机器语言层
汇编语言1
汇编语言2
汇编程序
反汇编 程序
交叉汇 编程序
汇编程序
机器语言1 计算机1
机器语言2 计算机2
解释程序
❖ 解释程序（Interpreter）——将高级程序设计 语言写的源程序作为输入，边解释边执行源程 序本身，而不产生目标程序的翻译程序。
邮电出版社
序言
什么是编译？
从程序员可以理解的高级语言程序 到机器可以理解的机器语言程序 的自动翻译过程。
C语言程序
void main( ) { int x,y,z;
x=3; y=2; z=x+y; }
汇编语言程序
…… 300 mov ax,3 302 mov x,ax 304 mov ax,2 306 mov y,ax 308 mov ax,x …… mov bx,y
源 程 序 编 译 器 目 标 程 序
词语
语义分
代
法法
析与中
码
分分
间代码
优
析析
生成