第01章 编译原理概述

(+,x,1,t4)
(=,t4,_,z)
代码优化不是编译程序的必要组成部分，不同的 编译程序所进行的代码优化程度差别很大，能够 完成代码优化的编译程序称为“优化编译程序”。 35
S.P
词法分析程序 符 号 表 管 理
语法分析程序 语义分析及生成中间代码程序 代码优化程序 代码生成程序 O.P
36
错 误 处 理
语法分析程序
语义分析及生成中间代码程序
代码优化程序 代码生成程序 O.P
错 误 处 理
40
1.4 编译程序的结构
对源程序（包括源程序中间形式）从头到尾扫描一 次，并做有关的加工处理 ，生成新的源程序中间 形式或目标程序，通常称之为一遍。
第一遍 S.P C1 S.P
中间形式1
第二遍 C2 S.P
中间形式2
源程序、翻译程序、目标程序 三者关系：
源程序
SOURCE PROGRA M
翻译程序
TRANSLATE R
目标程序
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
14
1.2 翻译程序

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）。
22
例如：a=10+c*20
a = 1 0 + C * 2 0 a = 10 + C * 2 0 a = 10 + C * 20
符号
100
记号
ID
单词
a
21 200
22 100 25 200
= NUM
+ ID * NUM
= 10
+ c * 20
23
例
res=fact *(term1+term2);
1.1 程序设计语言

机器语言(Machine Language)

0、1代码 0、1代码与助记符：更接近于计算机硬件指 令系统的工作 定义数据、描述算法（程序）

汇编语言(Assemble Language)


高级语言(High Level Language)

如：C、FORTRAN、PASCAL、C++、JAVA、 SQL(数据定义、数据操作) 12
1.5 编译程序的前后处理器
1.6 TEST语言和编译器
7
什么是“编译”？

把高级语言程序翻译成等价的低级语言程序。
源 程 序
编译程序
目 标 程 序
编译系统：编译程序和运行程序
8
学习本课程的目的

加深对程序设计语言的理解，提升自身 的能力
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
标识符类型 类型 地址
1（表示变量） 1（表示整型） 0001

标识符名
aaa
每个阶段中都要有： 符号表管理和错误处理
38
1.3.7 错误处理

诊察错误，并能报告用户错误性质和位 置
出错处理能力的优劣是衡量编译程序质 量好坏的一个重要指标

39
典型的编译程序具有7个逻辑部分
S.P
词法分析程序
符 号 表 管 理
30
错 误 处 理
1.3.3 语义分析及中间代码生成 程序

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 31 标语言之间的中间语言形式）
表达式：a=10+c*20
……
O.P
上一遍的结果是下一遍的输入，最后一遍生成目标程序。
41
1.4.1 单遍编译程序

单遍编译程序只对源程序进行一遍扫描，就完成 编译的各项任务，产生目标代码。在单遍编译程 序中，不产生中间代码，往往以语法分析程序为 中心，词法分析和语义分析作为语法分析的子程 序。
语法分析函数 ｛ 词法分析子程序； 语义分析子程序； ｝
[3] 陈意云等编著，《编译原理》，高等教育出版 社。
„„
3
成绩评定

平时成绩
出勤率
30％
课后作业
课程设计（编译器）

期末考试
70％
4
作业

课后题：

第1、2、3、4、7、10章全部课后习题 第5章：1、2、3小题 第6章：1小题

课程设计
5
程序语言中涉及编译的一些问题？
1. 为什么有些语言规定标识符不能超过8个字符？而有些语 言对标识符的长度无限制？ 2. 为什么有些语言能实现递归，而有些语言不能？
表达式
ID（a） 表达式 项 因子 NUM （10） = + 项 因子 表达式 项 * 因子
NUM（20）
ID（c）
32
例如wk.baidu.com达式
(a+b)*(c+d) 翻译成四元的中间 代码如下： (+ , a , b , t1) (+ , c , d , t2) (* , t1 , t2 , t3)
中间代码生成
编译原理基础
1
教材

《编译原理及实现》
作者：孙悦红
大学本科计算机
专业应用型规划教材

清华大学出版社
2
学时与参考教材

学分：3 学时：48
参考教材：
[1] 陈火旺、刘春林等编著，《程序设计语言编译 原理》，国防工业出版社。
[2] 张素琴、吕映芝等编著，《编译原理》，清华 大学出版社。
STO t2 将操作数栈顶的内容存入单元t2 LOAD t1 将t1的内容加载到操作数栈 LOAD t2 将t2的内容加载到操作数栈
MULT
将操作数栈顶的两个单元的内容相乘
33
STO t3 将累加器的内容存入单元t3
S.P
词法分析程序 符 号 表 管 理
语法分析程序 语义分析及生成中间代码程序 代码优化程序 代码生成程序 O.P
9


如：

词法分析中的字符串匹配技术可以应用于 文本编辑程序、信息检索、通讯程序、模 式识别中
上下文无关文法和语法制导的翻译可以用 于分析表达式，写打字程序，绘图程序等 小系统 代码优化技术更可以用于自己的结构化程 序中，用于改进性能、优化已有的程序等
10


主要内容


编译概述（编译组成、总体结构）
26
错 误 处 理
1.3.2 语法分析程序

编译程序的核心 任务：根据语法规则（即语言的文法）， 分析并识别出各种语法成分（如表达式、 语句、函数等），并进行语法正确性检 查。
文法
<赋值语句>::=<标识符>“=”<表达式> <表达式>::=<表达式>“+”<表达式> | <表达式>“*”<表达式>
错误处理
分析阶段
词法 分析 语法 分析 语义 分析 符号表 代码 优化
综合阶段
目标代码 生成
19
对比

翻译外文资料：
1、能识别出句子中的一个单词（词法分析）；
2、分析句子的语法结构（语法分析）；
4、对译文进行修饰（代码优化）； 5、写出最后的译文（目标代码生成）。
20
3、根据句子的含义进行初步翻译（语义分析）；
源程序
用汇编语言或高级语言编写的程序称为源程序
目标程序
用目标语言所表示的程序 目标语言：可以是介于源语言和机器语言之间 的“中间语言”，可以是某种机器的机器语言,也可 以是某机器的汇编语言
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 13 总称

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）。
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。
15
编译到被执行的过程
1、编译程序的目标程序是机器语言（编译方式）
<表达式>::=“(”<表达式>“)” | <标识符> | <整数> | <实数>
27
语法分析与语文中分析句子成分相类似，根据句子 由主语、谓语组成，谓语由动词、宾语组成等语言规则， 可对句子“猴子吃香蕉”的进行分析，分析过程常用语 法树来表示句子。
句子
主语
谓语
名词(猴子)
动词(吃)
宾语
名词(香蕉) 图1.5句子“猴子吃香蕉”的语法分析树
LOAD a 将a的内容加载到操作数栈 LOAD b 将a的内容加载到操作数栈 ADD STO t1 将操作数栈顶的两个单元的内容相加 将操作数栈顶的内容存入单元t1
LOAD c 将c的内容加载到操作数栈 LOAD d 将d的内容加载到操作数栈 ADD 将操作数栈顶的两个单元的内容相加
翻译成某个抽象机的 汇编指令代码：
目标程序
3、当源程序处理完后， 进行善后处理，优化目 标程序。 43
1.4.2 多遍编译程序
1.3.5 目标代码生成

任务：把中间代码变换成特定机器上的 低级语言代码
目标代码的形式可以是绝对指令代码、 可重定位的机器指令代码或汇编指令代 码。

37
1.3.6 符号表管理

填表：把源程序中的信息和编译过程中 所产生的信息登记在表格中
查表：在随后的编译过程中同时又要不 断的查找这些表格中的信息
3. C语言规定数组下界为0，上界为声明的数减1，为什么？
4. 嵌套的IF语句规定ELSE与上面最近的IF配对，为什么？ 5. 为什么有些程序运行一段时间后会导致内存溢出？
当我们学完编译后，这些问题就可以得到解答。
6
第一章 编译概述
1.1 程序设计语言
1.2 编译程序
1.3 编译程序的组成
1.4 编译程序的结构
文法和语言（文法、推导、句型、归约、语法树） 词法分析（词法分析、正规表达式、正规文法、NFA、 DFA） 语法分析（自顶向下：递归下降分析、LL(1)；自底向 上：LR分析法）


语义制导翻译（属性文法翻译、语法制导翻译）
运行环境（符号表管理、存储分配） 语义分析和代码生成 代码优化
11
42
典型的单遍编译程序结构如图所示
1、当语法分析需要读进一个新单词 时，就调用词法分析子程序。词法 分析子程序则从源程序中依次读入 字符，组合成单词符号，并将单词 符号返回给语法分析程序。
取单词 源程序 词法分析
开始 语法分析 送单词 语义分析及代码生成
2、当语法分析程序识别出 一个语法成分时，就调用语 义分析子程序进行语义分析， 并生成目标程序。
结果 IDN
‘ =’ IDN ‘*’ ‘ (’ IDN ‘ +’ IDN res
fact
term1
term2
24
‘ )’ ‘ ;’
对比

中文句子划分 “我们是一家人” 我们 是 一家人
“我是大学生”
我
是
大学生
“叔叔亲了我妈妈也亲了我”
25
S.P
词法分析程序 符 号 表 管 理
语法分析程序 语义分析及生成中间代码程序 代码优化程序 代码生成程序 O.P
运 行 结 果
编译阶段
汇编阶段
运行阶段
17
编译到被执行的过程
3、从源程序的编译到执行只有一个阶段—— 解释执行阶段（解释方式）
源程序
数据
解 释 程 序
结果
在解释方式下，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。 18
1.3 编译程序的组成

按照编译程序的执行过程和所完成的任 务，编译分成前后两个阶段：分析阶段 和综合阶段。
28
如何画 a=10*(c+20) 的语法 表达式: a=10+c*20 分析树？
表达式 ID（a）
表达式
=
+
表达式
项 项 * 因子
项 因子
NUM （10）
因子
ID（c）
NUM（20）
29
S.P
词法分析程序 符 号 表 管 理
语法分析程序 语义分析及生成中间代码程序 代码优化程序 代码生成程序 O.P
34
错 误 处 理
1.3.4 代码优化

任务：对中间代码进行加工变换，以得 到高质量的目标代码
而优化后的代码如下：
(=,6.28,_,x) (*,10,a,y) (=,7.28,_,z)
有四元式指令代码如下：
(*，3.14，2，t1) (=,t1,_,x) (*,2,5,t2) (*,t2,a,t3) (=,t3,_,y)
S.P
词法分析程序
语法分析程序 语义分析及生成中间代码程序 代码优化程序 代码生成程序 O.P
21
符 号 表 管 理
错 误 处 理
1.3.1 词法分析

词法分析又称扫描器。
任务：根据词法规则分析和识别单词 字符序列 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’） <4>分界符（如:+、-、*、/、;、（、） ）
数据
目标程序 高级语言 源程序 编译 程序 编译阶段 机器语言 目标程序 运行 结果
+
运行子程序 执行阶段
16
编译到被执行的过程
2、编译程序的目标程序是汇编语言（编译方式）
数据
高 级 语 言 源 程 序
编 译 程 序
汇 编 语 言 目 标 程 序
汇 编 程 序
机 器 语 言 目 标 程 序
目标程序 + 运行子程序