编译原理课件

编译阶段
汇编阶段
运行阶段
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三、编译程序的基本结构


由五个部分组成：
五个部分的工作分别由对应的五个程序来完 成：

源程序 词法分析 语法分析
表格管理
出错处理
词法分析程序，语法分析程序，语义分析及中 间代码生成程序，代码优化程序，目标代码生 成程序。另外再加表格管理程序和出错处理程 序――构成编译程序的主要组成部分。

编译构造正确地建立了研究的问题领域和研究
编译系统是一种软件，一种系 统软件。
软件：计算机系统中的程序及其
应用软件层 语言处理系统 操作系统 裸机
文档。
系统软件：居于计算机系统中最
靠近硬件的一层，其他软件一般 都通过系统软件发挥作用。和具 体的应用领域无关，如编译系统 和操作系统等。 语言处理系统：把软件语言书写 的各种程序处理成可在计算机上 执行的程序，如编译系统。
编译程序设计原理 杜淑敏等 北京大学出版社 参 考 书 籍
使用教材
编译原理与技术 李劲华等 北京邮电大学出版社
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编译程序在计算机系统中的作用

为什么学习编译(1)
编译程序构造的原理和技术一直属于计算 机科学必备的专业基础知识。 是计算机科学中一个非常成功的分支，也 是最早获得成功的分支之一。 它所建立的理论、技术和方法值得深入研 究和学习。
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程序的构成：基本字符集，单词，句子。 基本字符集：ASCII表中的字符。
单词：由字符集中的字符组成的最小的语法单位。
(2) 语法规则和语义规则
a) 什么是语法规则？ 语法规则

（词法分析的对象） 标识符 保留字（关键字，基本字） 常数 3.14159 运算符 * + 界符 （ ）：，；=等。


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BNF范式：便于存储 语法图：直观
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ⅰ>. BNF范式
构成：用终结符，非终结符，::＝和︱等构成的式子来描述 文法。 例：“标识符”语法成分用BNF范式表示：字母开头的字母 数字串： <标识符>::＝<字母>|<标识符><字母>|<标识符><数字> <字母>::＝A|B|C|…|Y|Z|a|b|…|z <数字>::＝0|1|2|3|4|5|6|7|8|9 根据标识符定义，可以推出字符串a4是一个标识符： <标识符>=><标识符><数字> =><标识符>4 =><字母>4 =>a4 扩充的BNF范式表示文法的方法将在后面介绍。

词法规则：单词符号的形成规则。 语法规则：规定了从单词符号形成更大的结构（即语 法单位又称句子）
句子：按Baidu Nhomakorabea法规则由单词组成。――语法分析的 对象，语义检查的对象。
表达式，语句，分程序，函数，过程，程序等。
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词法和语法规则定义了程序的形式结构，它是判 断输入字符串是否构成一个形式上正确的程序的 依据。 b)语法规则（又称文法）的表示 文法的表示
1. 2. 3. 4.
(5)目标代码的生成 任务：将中间代码变换成特定机器上的绝对 指令代码或可重定位代码或汇编指令代码。 工作：与硬件系统结构和指令含义有关。这 一工作比较复杂。
(*, 6.28, r, T2) (+, h, 5, T3) (*, T2,T3, T4) (=,T4, －，s)

高级语言程序处理： 高级语言程序 → 编译程序 → 低级语言程序 (源程序) （目标程序）
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语法：由基本符号组成语法成分一组规则 语义：按语法规则构成的语法成分的意义－> 静态语义，动态语义。 语用：使用者与语言符号的关系，涉及符号来 源，使用和影响。 高级语言程序：都可看成一给定字符集（称为 字母表）上的一个字符串。合乎语法的字符串 才算一个合适的程序。（字符流）
高级语言源 程序
编译程序
机器语言目标 程序
结果
运行系统
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处理方式ii) ：
初始数据
b) 解释程序法
结果
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

运行系统
解释程序：一边解释，一边执行源程序的翻 译程序。 注：解释程序不生成目标程序，而编译程序 生成目标程序。（两者的区别）
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方式。
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为什么学习编译(2)
针对编译程序构造的某些部分已经开发了标
本课程主要内容

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准的形式化技术，包括有限自动机理论、上 下文无关文法、正规表达式、属性文法、机 器代码描述、数据流分析方程式等。 编译程序包含许多普遍使用的数据结构和算 法，例如散列法（哈希算法）、栈机制、堆 机制、垃圾收集、集合算法、表驱动算法。 编译程序的许多构造技术已经得到了广泛的 应用。 学习编译原理和技术还有助于我们理解程序 设计语言，编写优秀的软件。

数字

0 1 2 … 7 8 9
例：赋值语句，x=x+1；求表达式x+1的值，且 将该值赋给x表示的存储单元。 又如：int x;说明分配x表示的单元，该单元的 存储空间为一个整数最大值的位数。

语义在文法中用属性文法定义。
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2.程序、文法及编译程序 关系：
语义分析和中 间代码生成
代码优化
注: ① 编译程序各部分之间的逻辑关系，不一定是 执行时间上的顺序关系。可用扫描遍数及各 遍扫描的工作描述各部分之间的组合。
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目标代码生成
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一个编译过程可由一遍、两遍或多遍完成。 所谓“遍”是对源程序或某等价的中间语言程序从头到 尾扫描并完成规定任务的过程。一遍扫描可以完成 一个部分或多个部分的工作。 如：一遍扫描完成词法分析；一遍完成词法分 析和语法分析，甚至一遍扫描完成整个编译工作。 遍数的多少主要参考源程序和机器的特征,以及设计 目标;
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概述(2h) 文法和语言的基本知识(4h) 词法分析与有穷自动机(6h) 语法分析(8h) 语法制导翻译技术和中间代码生成 (4h) 符号表的组织与管理(1h) 代码优化(3h) 运行时存储组织与管理(2h) 目标代码生成 (1h) 并行编译技术基本常识(1h) 总结复习(2h)
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攻城不怕坚， 攻书莫畏难。 科学有险阻， 苦战能过关。
——叶剑英《攻关》1962年
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第1章
编译概述
编译程序 编译过程 编译程序的结构 编译程序的生成方法

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一、高级语言源程序
本课程解决的主要问题: 如何将源程序翻译成功能等价 的目标程序?

1.高级语言程序 (1) 程序语言：是一个记号系统，由语法和语 义来定义。 语言三大要素：语法，语义和语用：
课程要求
编译原理
胡伦骏等编著
（2011年 2011年2月-4月）
讲课进展较快，平时不复习并加深理解，后面将
面临困难
作业要求独立完成 上机实验，不要轻视 学期总评
： 考 试 成 绩 占 80% ， 平 时 成 绩 占 20% （考勤、练习、作业、上机实验等）
主讲：朱世松 计算机学院
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其中：T1, T2, T3，T4是编译程序引进的临 时变量，存放每条指令的运算结果。 四元式表示的语义为：
1. 2 * 3.14 ＝>T1 2. T1 * r ＝> T2 3. h + r ＝>T3 4. T2 * T3 ＝>T4 5. T4 ＝>s
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(4) 代码优化 任务：对中间代码进行等价变换或改造， 以获得省时、省空间的目标代码。 例：对上面的中间代码优化：
1. 2.
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任务：对构成源程序的字符流，从左到右进行扫 描和分解，按词法规则识别出一个一个具有独立 意义的单词（也称单词符号，简称符号） 单词类型：
保留字（基本字，关键字）：for, if 等。 标识符：a b 等 常数：3.14159 等 运算符：* + / 等 界符：( ) ；，等
多遍扫描较一遍扫描编译程序占存储空间少，编译 程序逻辑结构清晰，但开销大，降低编译效率。
同一个源语言的编译程序移植到不同机器上。方法：某 一编译程序的前端＋相应不同的后端。 在同一机器上生成几个语言的编译程序。方法：不同语 言编译的前端生成同一种中间语言，再使用一个共同的 后端。
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(2)语法分析

(3) 语义分析及中间代码的生成


任务：在词法分析的基础上，根据语言的语 法规则从单词符号串中识别出各种语法单位 （如表达式，说明，语句等），并进行语法 检查。即检查语法结构的正确性。 例：语法分析程序从下列单词符号串： s = 2 * 3.14 * r * (h+r) 识别出这是一个<赋值语句>语法成分，而 右边为<表达式>语法成分。
源程序 编译程序 目标程序
二、翻译程序与编译程序
1.翻译程序
源程序 翻译程序 目标程序

语 言 文 法
翻译程序的基本方法：

编译程序法（编译方式） 解释程序法（解释方式）
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处理方式i) ： a)编译程序法
编译程序：将高级语言源程序翻译成
初始数据
等价的机器语言或汇编语言的目标程 序。
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Compiler Construction Principle and Pratice 编译原理及实践 Kenneth C.Louden 机械工业出版社 编译方法 马良行、曹启君 机械工业出版社 程序设计语言编译程序 陈火旺等 国防工业出版社
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参 考 书 籍
编译原理 吕映芝 清华大学出版社
先修课程: 《C语言程序设计》、《离散数学》、
《数据结构》等
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学习的目的
了解编译程序的实现原理和技术。 利用从本课程学习到的知识，增强编写和调试程序的
能力。
学习的意义
对编程语言的设计和实现有深刻的理解，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。 从软件工程看，编译器是一个很好的实例，所介绍的 概念和技术能应用到一般的软件设计之中。 大多数程序员同时是简单语言的设计者，有助于提高 对这些语言的设计水平。 在软件逆向工程、程序理解和软件安全等方面有着广 泛的应用。
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任务：首先对每个语法单位进行静态的 语义审查，然后分析其含义，并用中间 代码描述这种语义（如：四元式）。
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四元式的形式： （运算符，运算对象1，运算对象2，结果） 例：赋值语句：s = 2 * 3.14 * r * (h+r) 语义：先计算右边表达式的值，再将该值送到s表 示的内存单元中，翻译后的四元表达式表示： 1. ( * , 2 , 3.14, T1) 2. ( * , T1 , r , T2) 3. ( + , h , r , T3) 4. ( * , T2 , T3 , T4) 5. ( = , T4 , － , S )
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ⅱ>. 语 法 图



由箭头，方框和圆框组成的有向图来描述文 法。
方框中的符号为非终结符；圆框中的符号为终结 符；箭头指示了语法单位之间的构成关系。

例：“标识符”的语法图
标识符 字母
字母 数字
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字母 A B C Z a … z
…
c) 语义规则 定义单词符号及语法单位的含义。（包括语 句的动作含义，单词的存储分配的含义等）
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四、编译过程概述
(1)词法分析

例：if a1>0 then b=b+3; 分解识别出的单词序列：
保留字 if 标识符 a1 3. 运算符 > 4. 常数 0 5. 保留字 then 6. 标识符 b 7. 运算符 = 8. 标识符 b 9. 运算符 ＋ 10. 常数 3 11. 界符 ;

②


前端与后端工作的组合 前端工作：主要依赖源语言而与目标机器无关的 工作，包括：词法，语法及语义及中间代码生 成，某些优化工作（相关出错处理和符号表管理 工作）。 后端工作：依赖于目标机器而与源语言无关的工 作，包括：目标代码生成工作（相应的出错处理 及符号表管理工作）。 实现：