《编译原理及实践教程(第3版)》教学大纲

《编译原理》教学大纲一课程简介本课程是计算机科学与技术专业的专业核心课程。

本课程主要讲述高级语言翻译为计算机能执行的代码的原理、过程、方法和技术，核心是介绍高级语言到汇编语言的翻译。

让学生理解编译和高级语言程序之间的关系，掌握词法分析、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各个阶段的原理、方法和实现技术，真正认识计算机信息处理的实质、训练抽象思维能力、体验系统软件的开发过程，进一步提升计算机科学与技术的专业素养。

二课程目标（一）课程具体目标1. 掌握形式语言和自动机的基本概念，理解高级语言编译的基本原理，并能够将这些原理应用于高级语言的设计之中；（毕业要求1.3 掌握计算机基础理论，能够用于对计算机应用系统的设计方案和模型进行推理和验证。

）2. 能够理解现有某高级语言的编译系统中各模块的功能和实现方法，能够对不同方法的优劣进行对比和分析；（毕业要求4.1 能够运用科学方法，对计算机领域的复杂工程问题进行需求和功能分析。

）3. 理解编译程序的结构及各个模块的功能，利用软件工程方法分析和设计某语言的编译程序的各个模块，并能够选择合适的方法实现。

（毕业要求1.4 能够运用专业知识，对计算机领域复杂工程问题的解决方案进行分析、改进。

）（二）课程目标与毕业要求的关系本课程目标主要支撑的毕业要求指标点如表1所示。

除表1所列举指标点外，根据学生特点、本课程教学特色，教学目标还涉及对毕业要求5（选择和使用现代工具）等能力培养，为弱支撑，不在表1中列举。

表1 本课程对专业毕业要求指标点的支撑（三）教学内容安排总体思路本课程的教学内容，以课程具体目标为总体指导进行制定。

通过形式语言与自动机的相关基础知识、高级语言到汇编语言的翻译原理、方法和实现技术等教学内容，传授基于某种高级语言编译程序构造的一般原理和基本方法，如词法分析、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各个阶段的原理等知识，从而有针对性地培养学生模型构建能力（课程目标1）、系统分析能力（课程目标2）和方案选择与实现能力（课程目标3）。

为达成课程具体目标，教学内容中除安排课内讲授知识外，还包括课程作业和课内实验，旨在巩固课堂传授知识点，使学生在面对计算机复杂工程问题时，能将编译技术合理运用于该类工程的设计实现之中，进行解决方案的分析和改进，并进行合理的需求分析、功能分析和验证。

本课程的教学内容不仅完全覆盖课程拟达成的具体目标，同时，根据计算机科学与技术专业人才培养总体目标，以及课程所面向学生特点，课程内容还涉及计算机体系结构、汇编语言、项目管理等内容，旨在培养知识交叉应用、沟通交流等综合工程能力。

三教学内容及基本要求（一）编译程序的基本概念（4学时）主要内容：（重点覆盖课程目标1）⑴程序设计语言及翻译程序。

⑵编译系统。

⑶编译过程和编译程序的结构。

⑷编译程序的构造方法。

⑸认识高级语言：结构、构成成分和语言规范。

⑹编译程序的发展。

1. 基本要求⑴了解编译技术的发展，编译程序的构造方法。

⑵掌握高级语言程序编译系统，编译过程，程序设计语言的结构和规范。

⑶掌握编译过程和编译程序的结构。

2. 重点、难点重点：高级语言的编译过程。

难点：编译程序的结构，高级语言的编译过程。

3. 作业及课外学习要求作业：了解有关高级语言的编译系统，认识给定高级语言代码的编译过程及结果。

（二）词法分析（8学时）（重点覆盖课程目标1，3）主要内容：⑴词法分析概述。

⑵高级语言中的单词。

⑶单词的识别。

⑷词法分析器的设计。

⑸正则表达式与有穷自动机。

⑹词法分析器的自动生成工具。

1. 基本要求⑴了解词法分析器自动生成工具。

⑵了解高级语言中单词的种类。

⑶掌握利用状态转换图识别单词的方法。

⑷掌握利用正则表达式进行单词识别的原理和方法。

2. 重点、难点重点：状态转换图，有穷自动机。

难点：正则式转NFA，NFA转DFA，DFA最小化。

3. 作业及课外学习要求作业：画状态转换图，将自然语言转换为正则表达式，正则式到确定的最小化DFA的转换。

课外学习要求：上网查阅资料，多种不同的词法分析自动生成器的使用方法。

（三）语法分析（10学时）（重点覆盖课程目标1，3）主要内容：⑴语法分析概述。

⑵上下文无关文法。

⑶自上而下语法分析方法：递归下降分析法和预测分析方法，LL(1)文法。

⑷自下而上的语法分析，移进-归约的规范方法，算符优先、LR方法。

⑸语法分析的自动生成器。

⑹语法分析器的设计。

1. 基本要求⑴了解语法分析自动生成器。

⑵掌握上下文无关文法相关概念，熟悉用上下文无关文法定义某种高级语言的语法结构。

⑶掌握自上而下语法分析的特点，对文法的要求，能用两种不同的自上而下分析方法对给定的文法进行判断和分析。

⑷掌握自下而上语法分析的基本概念和特点，掌握用两种不同的自下而上分析方法，能对给定的文法进行判断和分析。

2. 重点、难点重点：上下文无关文法的基本概念，LL(1)文法，OPG文法，LR文法，各种文法的分析的基本算法。

难点：对文法进行判断和分析。

3. 作业及课外学习要求作业：给定某高级语言的特定语法成分对应的文法，能对文法进行各种判断和分析。

课外学习要求：通过完成作业和实验，进一步掌握不同语法分析适合于不同种类的文法的要求。

通过网络搜索，了解各种不同的语法分析自动生成器。

（四）语义分析（3学时）（重点覆盖课程目标1，3）主要内容：⑴语义分析概述。

⑵某高级语言各种语法成分的语义描述。

⑶符号表管理技术。

⑷静态语义检查技术。

⑸语义分析器的设计。

1. 基本要求⑴掌握语义分析的相关概念。

⑵掌握符号表管理技术。

⑶掌握静态语义检查的相关方法和技术。

⑷熟悉某种具体的高级语言对语义的要求。

2. 重点、难点重点：高级语言的语义描述方法，符号表管理技术。

难点：符号表管理技术、静态语义检查技术。

3. 作业及课外学习要求作业：对某特定高级语言的语法成分进行静态语义检查。

课外学习要求：熟悉不同的高级语言的语义描述。

（五）中间代码生成（8学时）（重点覆盖课程目标1，4）主要内容：⑴中间代码生成概述。

⑵属性文法的基本概念，高级语言语法成分的语义表示。

⑶中间代码及其各种形式。

⑷声明语句、算术表达式和布尔表达式、控制语句、函数的目标结构和翻译方法。

1. 基本要求⑴掌握中间代码的形式，语法制导的翻译方法。

⑵掌握属性文法的概念，能用属性文法表示某高级语言特定语法成分的语义信息。

⑶掌握高级语言各种语法成分的翻译技术。

⑷中间代码生成器的设计。

2. 重点、难点重点：用属性文法描述各种语法成分的语义信息，各种语法成分语法制导的翻译方法。

难点：用属性文法描述各种语法成分的语义信息。

3. 作业及课外学习要求作业：将高级语言的特定语法成分翻译为特定的中间代码形式。

课外学习要求：熟悉中间代码形式，调试程序，将特定高级语言的特定语法成分翻译为中间代码。

（六）运行时存储组织（2学时）（重点覆盖课程目标1，4）主要内容：⑴存储器组织。

⑵函数调用相关概念。

⑶存储分配策略。

⑷垃圾回收机制。

1. 基本要求⑴了解垃圾回收机制。

⑵掌握程序运行时存储器的划分，活动记录。

⑶掌握函数调用方式及相关概念。

⑷理解各种存储分配方式，掌握栈式存储分配策略。

2. 重点、难点重点：程序运行时存储器的划分，函数调用机制，栈式存储分配策略。

难点：函数的相关概念，函数运行时的存储分配。

3. 作业及课外学习要求作业：函数运行时存储器变化。

课外学习要求：上网查阅存储分配的相关信息。

（七）代码优化（2学时）（重点覆盖课程目标1，4）主要内容：⑴基本块的划分，程序流图。

⑵局部优化技术。

⑶循环优化技术。

1. 基本要求⑴掌握基本块的划分方法，画程序流图。

⑵掌握局部优化技术。

⑶掌握全局优化技术。

2. 重点、难点重点：基本块划分，流图，优化技术。

难点：基本块划分。

3. 作业及课外学习要求作业：对给定的程序划分基本块，画出流图。

课外学习要求：上网查阅更多的代码优化技术。

（八）目标代码生成（3学时）（重点覆盖课程目标1，4）主要内容：⑴目标代码生成器概述。

⑵目标机器结构及指令系统。

⑶简单的代码生成技术。

⑷基本块的代码生成方法。

⑸从DAG生成目标代码的方法。

⑹目标代码生成器的设计。

1. 基本要求⑴了解目标代码生成器所涉及到的相关信息。

⑵熟悉某种目标机器结构及指令系统。

⑶掌握简单的代码生成技术。

⑷掌握引用信息、活跃信息，寄存器描述器和地址描述器，基本块的代码生成技术。

⑸了解从DAG生成目标代码的方法。

⑹熟悉目标代码生成器的设计方法。

2. 重点、难点重点：简单代码生成技术、基本块的代码生成技术。

难点：引用信息、活跃信息，寄存器描述器和地址描述器。

3. 作业及课外学习要求作业：能够对给定的中间代码生成目标代码。

课外学习要求：上网查阅目标代码生成的方法。

（九）课程实验实验一：词法分析实验（6学时）实验内容：（重点覆盖课程目标2，3）设计并实现sample语言或者其他高级语言的词法分析器，读入源程序，根据对应高级语言的构词规则拆分出单词。

其中用状态转换图的方法实现词法分析实验2学时，用自动生成器实现词法分析程序4学时。

实验二：语法分析实验（6学时）实验内容：（重点覆盖课程目标2，3）利用自上而下的方法，或者自下而上的语法分析方法，设计并实现sample语言或者其他语言的语法分析器。

其中需要分别实现算术表达式、布尔表达式、控制语句的语法分析。

实验三：语义分析实验（2学时）实验内容：（重点覆盖课程目标2，3）根据给定语言的静态语义要求，设计并实现sample语言或者其他语言的静态语义检查程序。

实验四：中间代码生成实验（6学时）实验内容：（重点覆盖课程目标2，3）利用属性文法和语法制导翻译方法，设计并实现sample语言或者其他语言的中间代码生成器。

其中需要分别实现算术表达式、布尔表达式、控制语句的中间代码生成。

实验五：运行时存储组织实验（2学时）实验内容：利用VC++或者其他语言的反汇编程序查看C语言程序生成的汇编代码，观察程序在内存中的存储情况。

实验六：代码优化（2学时）实验内容：（重点覆盖课程目标2，3）设计基本块的DAG代码优化器。

实验七：目标代码生成实验（2学时）实验内容：（重点覆盖课程目标2，3，4）根据简单代码生成器的生成算法，设计并实现目标代码生成器，将中间代码转换为汇编代码。

四教学安排及教学方式总学时64学时，其中，讲授40学时，实验（上机）24学时。

讲授环节主要采用教师讲解、演示、互动的教学形式。

教师讲解知识点、演示程序代码，使学生对知识点形成直观印象，并通过课堂教学双方互相提问，与学生互动，鼓励学生在课堂上发表自己的见解，加深对知识点的理解，达到课程目标。

上机环节主要采用教师安排任务、学生自主上机练习，教师现场指导、答疑的形式。

上机练习可利用实验室电脑或学生个人电脑编程，通过安装在本地的编译环境进行上机练习。