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编译原理与技术讲义.ppt
《编译原理与技术》讲义
20
编译程序的组成结构
符号表管理
名称 类型
…
position float
initial float
rate float
2020/10/20
《编译原理与技术》讲义
11
编译程序的组成结构
词法分析阶段 语法分析阶段 语义分析、中间代码生成 优化阶段 目标代码生成
2020/10/20
《编译原理与技术》讲义
12
编译程序的组成结构
后端
back end 与目标机相关
program
scanner parser semantics
2020/10/20
《编译原理与技术》讲义
19
编译程序的组成结构
代码生成 与目标机器有密切联系，如指令选择，寄存 器的使用等。
movf rate, R1 mulf #60.0, R1 movf initial, R2 addf R2, R1 movf R1, position
2020/10/20
目标程序 T （机器语言）
初始数据
2020/10/20
目标程序 T 运行系统 计算机
计算结果
《编译原理与技术》讲义
8
什么是编译程序？
源语言（程序）到目标语言（程序）的映射 转换或者翻译过程
系列转换（翻译）过程
源语言S
T1
…
Tn
中间语言
目标语言T
2020/10/20
《编译原理与技术》讲义
9
解释程序与汇编程序
fact(n) = n * fact( n-1 ) // n! == n * (n-1)!
伪语言描述 fact(n) = if n ≤ 0 then 1 else n*fact(n-1)
编译原理课件chap1
第一章 引 论
1。4 编译程序与程序设计环境 。 编译程序无疑是实现高级语言的一个 最重要的工具。 最重要的工具。但支持程序设计人员进 行程序设计开发通常还需要其它一些工 如编辑程序、连接程序、 具：如编辑程序、连接程序、调试程序 等。编译程序与这些程序设计工具一起 构成所谓的程序设计环境。 构成所谓的程序设计环境。 程序设计环境 在一个程序设计环境中， 在一个程序设计环境中，编译程序起 着中心的作用。连接程序、调试程序、 着中心的作用。连接程序、调试程序、 程序分析等工具直接依赖于编译程序所 产生的结果，而其它工具的构造也常常 产生的结果， 要用到编译的原理、方法和技术。 要用到编译的原理、方法和技术。
第一章 引 论
1。3。5 编译前端与后端 。 。 前端主要由与源语言有关但与目标机无 前端主要由与源语言有关但与目标机无 关的那些部分组成。通常包括词法分析、 关的那些部分组成。通常包括词法分析、 语法分析、语义分析与中间代码产生， 语法分析、语义分析与中间代码产生， 有的代码优化工作，也可以包括在前端。 有的代码优化工作，也可以包括在前端。 后端包括编译程序中与目标代码有关的 后端包括编译程序中与目标代码有关的 部分，如与目标机有关的有关的优化， 部分，如与目标机有关的有关的优化， 和目标代码的生成等。 和目标代码的生成等。
第一章 引 论
第一章 引 论
1。5 编译程序的生成 。 以前构造编译程序大多是用机器语言 或汇编语言作工具的。 或汇编语言作工具的。为了充分发挥各 种不同硬件系统的效率， 种不同硬件系统的效率，为了满足各种 不同的具体要求， 不同的具体要求，现在许多人仍然使用 这种工具来构造编译程序（ 这种工具来构造编译程序（或编译程序 的核心部分） 的核心部分） 但是越来越多的人已经使用高级语言 作工具来编译程序。 作工具来编译程序。因为这样可以大大 节省程序设计的时间， 节省程序设计的时间，热切构造出来的 编译程序易于阅读、维护和移植。 编译程序易于阅读、维护和移植。
1。4 编译程序与程序设计环境 。 编译程序无疑是实现高级语言的一个 最重要的工具。 最重要的工具。但支持程序设计人员进 行程序设计开发通常还需要其它一些工 如编辑程序、连接程序、 具：如编辑程序、连接程序、调试程序 等。编译程序与这些程序设计工具一起 构成所谓的程序设计环境。 构成所谓的程序设计环境。 程序设计环境 在一个程序设计环境中， 在一个程序设计环境中，编译程序起 着中心的作用。连接程序、调试程序、 着中心的作用。连接程序、调试程序、 程序分析等工具直接依赖于编译程序所 产生的结果，而其它工具的构造也常常 产生的结果， 要用到编译的原理、方法和技术。 要用到编译的原理、方法和技术。
第一章 引 论
1。3。5 编译前端与后端 。 。 前端主要由与源语言有关但与目标机无 前端主要由与源语言有关但与目标机无 关的那些部分组成。通常包括词法分析、 关的那些部分组成。通常包括词法分析、 语法分析、语义分析与中间代码产生， 语法分析、语义分析与中间代码产生， 有的代码优化工作，也可以包括在前端。 有的代码优化工作，也可以包括在前端。 后端包括编译程序中与目标代码有关的 后端包括编译程序中与目标代码有关的 部分，如与目标机有关的有关的优化， 部分，如与目标机有关的有关的优化， 和目标代码的生成等。 和目标代码的生成等。
第一章 引 论
第一章 引 论
1。5 编译程序的生成 。 以前构造编译程序大多是用机器语言 或汇编语言作工具的。 或汇编语言作工具的。为了充分发挥各 种不同硬件系统的效率， 种不同硬件系统的效率，为了满足各种 不同的具体要求， 不同的具体要求，现在许多人仍然使用 这种工具来构造编译程序（ 这种工具来构造编译程序（或编译程序 的核心部分） 的核心部分） 但是越来越多的人已经使用高级语言 作工具来编译程序。 作工具来编译程序。因为这样可以大大 节省程序设计的时间， 节省程序设计的时间，热切构造出来的 编译程序易于阅读、维护和移植。 编译程序易于阅读、维护和移植。
《编译原理》课件
代码生成
编译器可以将高级语言编写的源代码转换成机器语言或低级语言，以便在特定的硬件平台上运行。编 译器还可以生成可执行文件或动态链接库等二进制文件。
编译器在人工智能领域的应用
机器学习编译器
机器学习编译器可以将机器学习模型转换成可执行代码，以便在嵌入式设备或边缘计算 设备上运行。这种编译器可以优化模型的计算性能和内存占用，提高模型的运行效率。
3
缺点
对于某些复杂文法，可能导致大量的无用推导和 状态爆炸。
自底向上的语法分析
分析步骤
从输入符号序列的最后一个符号开始，逐步向上构建语法树，直 到找到与文法中的某个产生式右部匹配的符号串。
优点
可以充分利用已知信息，避免不必要的推导和状态爆炸。
缺点
对于某些复杂文法，可能导致大量的无用归约和状态爆炸。
04
中间代码生成
中间代码生成的定义和任务
定义
中间代码生成是编译器的一个阶段，将源代码转换成中间代码的过程。
任务
将源代码转换成一种中间表示形式，以便进行后续的优化和目标代码生成。
三地址代码的生成
01
三地址代码是一种中间代码形 式，由一系列的三元式组成。
02
三元式的形式为(op, arg1, arg2)，表示执行一个操作(op) 并产生一个结果，操作数arg1 和arg2来自寄存器、常数或之 前的计算结果。
语义分析
检查AST是否有语义错误，如类型错 误、未定义的变量等。
中间代码生成
将AST转换为中间代码，通常是三地 址代码。
代码优化
对中间代码进行优化，提高执行效 率。
代码生成
将中间代码转换为机器语言代码， 能够在特定硬件上执行。
编译器的分类
编译器可以将高级语言编写的源代码转换成机器语言或低级语言，以便在特定的硬件平台上运行。编 译器还可以生成可执行文件或动态链接库等二进制文件。
编译器在人工智能领域的应用
机器学习编译器
机器学习编译器可以将机器学习模型转换成可执行代码，以便在嵌入式设备或边缘计算 设备上运行。这种编译器可以优化模型的计算性能和内存占用，提高模型的运行效率。
3
缺点
对于某些复杂文法，可能导致大量的无用推导和 状态爆炸。
自底向上的语法分析
分析步骤
从输入符号序列的最后一个符号开始，逐步向上构建语法树，直 到找到与文法中的某个产生式右部匹配的符号串。
优点
可以充分利用已知信息，避免不必要的推导和状态爆炸。
缺点
对于某些复杂文法，可能导致大量的无用归约和状态爆炸。
04
中间代码生成
中间代码生成的定义和任务
定义
中间代码生成是编译器的一个阶段，将源代码转换成中间代码的过程。
任务
将源代码转换成一种中间表示形式，以便进行后续的优化和目标代码生成。
三地址代码的生成
01
三地址代码是一种中间代码形 式，由一系列的三元式组成。
02
三元式的形式为(op, arg1, arg2)，表示执行一个操作(op) 并产生一个结果，操作数arg1 和arg2来自寄存器、常数或之 前的计算结果。
语义分析
检查AST是否有语义错误，如类型错 误、未定义的变量等。
中间代码生成
将AST转换为中间代码，通常是三地 址代码。
代码优化
对中间代码进行优化，提高执行效 率。
代码生成
将中间代码转换为机器语言代码， 能够在特定硬件上执行。
编译器的分类
编译原理第三版 第一章 引论PPT教学课件
✓ 数据库查询解释器。 数据库查询由一些谓 词组成，这些谓词由包含关系运算的布尔 表达式组成，可以被解释执行,也可以被编 译成搜索数据库的命令
2020/12/12
13
针对计算机体系结构的优化
计算机体系结构的迅速演化引起对新的编译器 技术的需要 ✓ 并行编译
编译器重新整理指令，使得指令级并行更有效。 编译器从传统的串行程序自动生成并行代码，使之
运行于多处理器上
✓ 内存分层
编译器优化历来集中在优化处理器的执行上，但是 现在更强调要使内存分层更有效
2020/12/12
14
新计算机体系结构的设计
✓ 现在计算机系统的性能不仅仅取决于它的原 始速度，还取决于编译器是否能生成充分利 用其特征的代码。
✓ 在现代计算机体系结构的研究中，在处理器 的设计阶段就开发编译器，并将编译生成的 代码在模拟器上运行，以评价拟采用体系结 构的特征。
单词类型 保留字 标识符 界符 标识符 算符(赋值) 标识符 算符(加) 整数 界符
单词值 int a ; a = a + 2 ；
2020/12/12
18
2、语法分析（Syntax analysis）
➢ 语法分析程序又称识别程序。
➢ 功能是：读入由词法分析程序识别出的 符号，根据给定语法规则，识别出各个 语法单位（如：短语、子句、语句、程 序段、程序）,并生成另一种内部表示。
特点：逐条语句地分析和执行，不生成目标程 序。如：Basic，Prolog。
✓ 优点：易于查错 ✓ 不足：效率低，运行速度慢
2020/12/12
5
编译程序
编译程序是把用高级语言编写的源程序转换成 低级语言（如汇编语言或机器语言）表示的目 标程序的一种语言翻译程序。
2020/12/12
13
针对计算机体系结构的优化
计算机体系结构的迅速演化引起对新的编译器 技术的需要 ✓ 并行编译
编译器重新整理指令，使得指令级并行更有效。 编译器从传统的串行程序自动生成并行代码，使之
运行于多处理器上
✓ 内存分层
编译器优化历来集中在优化处理器的执行上，但是 现在更强调要使内存分层更有效
2020/12/12
14
新计算机体系结构的设计
✓ 现在计算机系统的性能不仅仅取决于它的原 始速度，还取决于编译器是否能生成充分利 用其特征的代码。
✓ 在现代计算机体系结构的研究中，在处理器 的设计阶段就开发编译器，并将编译生成的 代码在模拟器上运行，以评价拟采用体系结 构的特征。
单词类型 保留字 标识符 界符 标识符 算符(赋值) 标识符 算符(加) 整数 界符
单词值 int a ; a = a + 2 ；
2020/12/12
18
2、语法分析（Syntax analysis）
➢ 语法分析程序又称识别程序。
➢ 功能是：读入由词法分析程序识别出的 符号，根据给定语法规则，识别出各个 语法单位（如：短语、子句、语句、程 序段、程序）,并生成另一种内部表示。
特点：逐条语句地分析和执行，不生成目标程 序。如：Basic，Prolog。
✓ 优点：易于查错 ✓ 不足：效率低，运行速度慢
2020/12/12
5
编译程序
编译程序是把用高级语言编写的源程序转换成 低级语言（如汇编语言或机器语言）表示的目 标程序的一种语言翻译程序。
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。
编译原理精选版演示课件.ppt
预测分析表
3
表驱动的预测分析程序模型
khk
4
实现步骤：
（1） 判断文法是否为LL(1)文法。 如果文法中含有左递归，必须先消除 左递归
（2）构造预测分析表 ： Select(A ) （3）列出预测分析过程
khk
5
第6章：自底向上分析方法
自底向上分析方法，也称移进归约分析法
实现思想（是推导的逆过程）：
对输入符号串自左向右进行扫描，并将输入符逐个 移入一个后进先出栈中，边移入边分析，一旦栈顶 符号串形成某个句型的可归约串时，就用该产生式 的左部非终结符代替相应右部的文法符号串，称为 归约。重复这一过程，直到归约到栈中只剩下文法 的开始符号时，则分析成功。
关键问题
khk
6
移进—规约分析（Shift-reduce parsing)
＋
A a
可得 b <. a
由A→( B 且B＋ ( B… 可得 (<. (
＋
B aa…
可得 (<. a
＋
B Aa )
可得 (<. A
khk
18
A(B(Aa) …)
(3) 求> .关系:
A(B…B
＋
Aa
由S→bAb，且A…) 可得 ) > . b
A＋…B 可得 B > . b
khk
88
例1：文法
SaAcBe A b A Ab B d
输入串abbcde#分析
khk
9
归约分析过程（移进归约）：
步骤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1kh1k
符号栈 # #a #ab #aA #aAb #aA #aAc #aAcd #aAcB #aAcBe #S
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Lecture 1 前言和引论56页PPT
谢！
编译原理Lecture 1 前言和引论
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
《编译原理课件》PPT课件
它是源程序的一种内部表示形式。 设计中间代码的原则：一是容易生成，二是
容易翻译成目标代码。 常用的中间代码有三地址码、四元式、三元
式、间接三元式、逆波兰表示（后缀式）、 树形表示等。
14
中间代码：四元式
例： id1:=id2+id3*10
sum:=first+count*10 翻译为四元式中间代码的形式：
5
1.2 编译程序的工作过程与结构
一个编译程序的整个工作过程是划分成阶段 进行的，每个阶段将源程序从一种表示形式 转换成另一种表示形式。
编译阶段的典型划分方法是划分为5个基本阶 段：词法分析、语法分析、语义分析产生中 间代码、代码优化、代码生成。
掌握编译过程的5个基本阶段，是学习编译原 理课程的基本内容。
29
自编译：T形图表示
PASCAL2
A代码
PASCAL2
A代码
PASCAL1 PASCAL1
A代码 A代码
用PASCAL1语言 编写的功能更
强的PASCAL2语 言编译程序的
Ａ代码
已有的PASCAL1 语言的编译程序
自编译得到
功能更强的
PASCAL2语言 的编译程序
源程序
注意：T形图的组合规则：① ②
Java语言的操作平台无关性的实现就是如此。
26
1.3 编译程序的开发
构造编译程序，可以：
1. 使用机器语言或汇编语言作工具构造 2. 使用高级语言作工具构造 3. 使用机器语言或汇编语言构造编译程序的核心
部分，使用高级语言构造编译程序的扩充部分 4. 使用编译程序自动生成工具构造
使用高级语言作工具构造编译程序可以大大节 省程序设计的时间，并且编译程序易于阅读、 维护和移植。
容易翻译成目标代码。 常用的中间代码有三地址码、四元式、三元
式、间接三元式、逆波兰表示（后缀式）、 树形表示等。
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中间代码：四元式
例： id1:=id2+id3*10
sum:=first+count*10 翻译为四元式中间代码的形式：
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1.2 编译程序的工作过程与结构
一个编译程序的整个工作过程是划分成阶段 进行的，每个阶段将源程序从一种表示形式 转换成另一种表示形式。
编译阶段的典型划分方法是划分为5个基本阶 段：词法分析、语法分析、语义分析产生中 间代码、代码优化、代码生成。
掌握编译过程的5个基本阶段，是学习编译原 理课程的基本内容。
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自编译：T形图表示
PASCAL2
A代码
PASCAL2
A代码
PASCAL1 PASCAL1
A代码 A代码
用PASCAL1语言 编写的功能更
强的PASCAL2语 言编译程序的
Ａ代码
已有的PASCAL1 语言的编译程序
自编译得到
功能更强的
PASCAL2语言 的编译程序
源程序
注意：T形图的组合规则：① ②
Java语言的操作平台无关性的实现就是如此。
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1.3 编译程序的开发
构造编译程序，可以：
1. 使用机器语言或汇编语言作工具构造 2. 使用高级语言作工具构造 3. 使用机器语言或汇编语言构造编译程序的核心
部分，使用高级语言构造编译程序的扩充部分 4. 使用编译程序自动生成工具构造
使用高级语言作工具构造编译程序可以大大节 省程序设计的时间，并且编译程序易于阅读、 维护和移植。