编译原理 第一章
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编译原理-陈火旺版-第一章
编译器的作用与重要性
01
编译器是将高级语言程序翻译成机器语言程序的软件工具，是 软件开发的基础设施之一。
02
编译器可以提高程序的执行效率，使得程序能够在各种计算机
上运行。
编译器还可以对程序进行优化，提程简介
01
02
03
词法分析
将输入的源程序分解成一 个个的单词符号，即词法 单元。
词法分析器的构造
构造原理
根据词法规则构造出识别相应单 词符号的有限自动机，然后将有 限自动机转换为对应的程序代码
构造方法
手工构造法、自动生成法
注意事项
处理好单词符号的二义性问题； 识别出源程序中的错误并进行适 当的处理。
04
语法分析
语法分析概述
语法分析的任务
根据语言的语法规则，对输 入的符号序列进行合法性检 查，并构造出相应的语法结
中间代码的形式
常见的中间代码形式有三地址码、四元式、树形表示等。
中间代码生成算法
根据源程序的语法结构和语义规则，生成相应的中间代码序列。
符号表管理
符号表的作用
符号表用于记录源程序中各种标识符的属性信息，如类型、作用域 和存储地址等。
符号表的组织方式
常见的符号表组织方式有线性表、散列表和树形结构等。
循环优化
通过循环展开、循环合并、循环交换等技术来改进循环的性能。
目标代码生成方法
机器无关代码生成
机器相关代码生成
生成与特定机器无关的中间代码，然后在 运行时将其转换为特定机器上的目标代码 。
直接生成特定机器上的目标代码，这需要 考虑机器的指令集、寄存器分配、内存访 问等因素。
汇编语言代码生成
高级语言虚拟机代码生成
编译原理第一章 介绍
All are tokens
1.2.2 语法分析
层次分析，分析（parsing），语法分析
将词法分析产生的单词组合为语法短语 assignment statement
identifier position
:=
expression
expression +
identifier
initial
expression * expression expression identifier number
检查不合语义的错误
为代码生成收集信息
最重要的工作：类型检查，2
+ „a‟
例1.1 类型转换
intreal
:= position
+ * rate inttoreal
initial
Conversion Action 60
1.2.4 排版软件中的分析
LATEX
\begin{proof}
软件工具
解释器
不产生目标程序，边分析边执行 Shell语言，早期BASIC、Java、Python
其它应用
排版软件
普通文本，命令格式、图表、公式 LATEX，TROFF
源程序电路设计，变量——逻辑信号 文本/图形模式 数据查询语言 输入—数据查询语句底层数据库访问操作 压缩：初始数据上下文无关文法压缩文法 解压：解压文法文法推导出唯一串初始数据 滑铁卢大学杨恩辉教授，已应用于黑莓手机
1、2——基本规则，3——递归定义
文法（grammar）
语句（statement）定义
1.
2.
若identifier1是一个标识符，expression2是一个表达 式，则 identifier1 := expression2是一个语句 若expression1是一个表达式，statement2是一个语 句，则 while ( expression1 ) do statement2和 if ( expression1 ) then statement2 也是语句
编译原理第一章
常见的中间代码形式
探讨了常见的中间代码形式，包括三地址代码和抽 象语法树等，并讨论了它们的优缺点。
优化和目标代码生成
1 代码优化
讨论了编译器中的代码优化技术，以提高目 标代码的效率和执行速度。
2 目标代码生成
介绍了编译器如何生成目标代码，以便计算 机能够执行程序。
总结
编译原理是一门重要而有趣的课程，它为计算机科学学习者提供了深入了解计算机程序执行过程的机会。
编译原理第一章
编译原理是计算机科学中非常重要的一门课程，它涉及到如何将高级程序设 计语言转换为计算机能够执行的机器语言。
课程介绍
定义和重要性
介绍了编译原理的定义，并 阐述了编译器在计算机科学 中的作用和重要性。
概述
解释了编译过程的基本步骤， 并介绍了前端和后端之间的 区别。
词法分析
讨论了词法分析的概念，包 括词法单元的定义、正则表 达式和有限自动机的应用。
语法分析
论
语法制导翻译
2
了自顶向下和自底向上的语法分析方法。
解释了语法制导翻译的概念和使用，并
讨论了与语义动作相关的内容。
3
语义错误的处理
讨论了如何检测和处理语义错误，并介 绍了常见的错误处理机制。
中间代码生成
中间代码和中间表示
详细介绍了编译器生成的中间代码及其表示形式， 以及其在编译过程中的重要性。
编译原理--第一章.讲义
2018/11/14
2
编译原理
第一章 引论
2.编译理论与其他课程关系
操作系统
控制对象
数据结构
编译理论
基础
素材
离散数学
自动机和形式语言
2018/11/14 3
编译原理
第一章 引论
3.编译理论的应用
编译理论 的许多想法和技术可用于一般软件的设计：
文本编辑程序 有穷状态技术 上下文无关文法 语法制导翻译 代码优化技术
2018/11/14
目标程序代码
6
编译原理
第一章 引论
6.翻这种变换程序称为翻译程序
高级语言源程序
编译为
面向机器代码
这种变换程序称为编译程序 编译程序 有一些限制 （针对输入、输出）
2018/11/14 7
编译原理
第一章 引论
1.编译过程的组成 源程序
编译原理
第一章 引论
5.代码优化
任务
对于代码（主要是中间代码）进行加工变换， 以期能够产生更为高效（省时间和空间）的 目标代码 。
所做转换
中间代码
中间代码（优化后）
依据
程序等价变换规则
2018/11/14
主要理论基础
数据流方程
15
编译原理
第一章 引论
5.代码优化
示例
(1) M := I (2) N := J (3) K := 1 (4) if 100<K goto (9) (5) (6) (7) (8) (9)
源程序
词法分析 语法分析
单词符号 语法单位 中间代码
编译过程
中间代码生成 代码优化
中间代码（优化后）
目标代码
编译原理-第一章 概述
南京邮电大学计算机学院
蒋凌云
My E-mail: jianglingyun@
教材：《编译技术原理及其实现方法》王汝传 编著
第一章 概 述
§1.1 程序设计语言 一、语言的概念和分类 二、程序设计语言简述 §1.2 翻译程序 一、汇编程序 二、解释程序 三、编译程序 §1.3 编译程序简史 一、汇编语言阶段 二、高级程序语言出现 三、编译程序理论开始确定 四、编译程序技术方法进一步发展 §1.4 编译过程简述 一、编译步骤 二、编译过程简述 三、趟程(遍) §1.5 编译程序的生成 一、编写编译程序的一般方法 二、编译程序开发技术 三、编译程序的自动生成
第一章 概 述
§1.1 程序设计语言
一、语言的概念和分类
1.语言的分类
自然 语言
以数理逻辑、集合论 和统计数学来描述的 一种语言。例如，用 计算机进行几何定理 的证明就得以数理语 言形式进行描述 程序 设计语言
人与人之间交流 信息的一种语言 动物之间通过动 物语言交流信息
数理 语言
是人和计算机进行信息交流的一种 语言，它遵循一定的语法和语义的 规则，而编译程序的功能正是 1）讨论语法，检查程序正确性 2）讨论语义，生成目标代码
计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自 动地执行程序。 计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序 的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中 的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任 务为止。
John von Neumann 冯· 诺依曼
1949 EDSAC
多范型程序设计语言时期(2/4)
① 函数式语言 也称作用式语言，纯函数式语言中不使用赋值 语句，其语法形式类似于数学上的函数，典型 函数式语言，如LISP、APL、ML等。 ② 逻辑式语言 也称说明式语言，基于规则式语言，它以逻辑 程序设计思想为理论基础，主要核心是事实规 则与推理机制，其代表语言是 PROLOG(PROgramming in LOGic)，PROLOG语 言主要用于人工智能，于1972年由法国马塞大 学人工智能研究中心开发。
蒋凌云
My E-mail: jianglingyun@
教材：《编译技术原理及其实现方法》王汝传 编著
第一章 概 述
§1.1 程序设计语言 一、语言的概念和分类 二、程序设计语言简述 §1.2 翻译程序 一、汇编程序 二、解释程序 三、编译程序 §1.3 编译程序简史 一、汇编语言阶段 二、高级程序语言出现 三、编译程序理论开始确定 四、编译程序技术方法进一步发展 §1.4 编译过程简述 一、编译步骤 二、编译过程简述 三、趟程(遍) §1.5 编译程序的生成 一、编写编译程序的一般方法 二、编译程序开发技术 三、编译程序的自动生成
第一章 概 述
§1.1 程序设计语言
一、语言的概念和分类
1.语言的分类
自然 语言
以数理逻辑、集合论 和统计数学来描述的 一种语言。例如，用 计算机进行几何定理 的证明就得以数理语 言形式进行描述 程序 设计语言
人与人之间交流 信息的一种语言 动物之间通过动 物语言交流信息
数理 语言
是人和计算机进行信息交流的一种 语言，它遵循一定的语法和语义的 规则，而编译程序的功能正是 1）讨论语法，检查程序正确性 2）讨论语义，生成目标代码
计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自 动地执行程序。 计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序 的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中 的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任 务为止。
John von Neumann 冯· 诺依曼
1949 EDSAC
多范型程序设计语言时期(2/4)
① 函数式语言 也称作用式语言，纯函数式语言中不使用赋值 语句，其语法形式类似于数学上的函数，典型 函数式语言，如LISP、APL、ML等。 ② 逻辑式语言 也称说明式语言，基于规则式语言，它以逻辑 程序设计思想为理论基础，主要核心是事实规 则与推理机制，其代表语言是 PROLOG(PROgramming in LOGic)，PROLOG语 言主要用于人工智能，于1972年由法国马塞大 学人工智能研究中心开发。
编译原理chapter1
目 标 代 码
错误 诊 查 处 理程 序
编译程序（器）的组织
前端和后端
源程序
前 中间代码 端
后 端
目标代码
仅依赖源语言 依赖目标机,只与中间代码有关
遍（PASS)： 对输入文件（源程序或其等
价的中间语言程序）从头到尾扫视，完成预
定处理的过程。
输入件
输出文件
遍
把前端组织成一遍扫描
一
种
错误的诊查处理
程序设计语言范型 强制式语言（或过程式） 函数式语言 基于规则（逻辑）的语言 面向对象语言
设计编译程序应首先研究的问题
源
目
程 序
编译程序
标 程
抽 目标 象
序
首先研究源程序的语法和语义及运行模
型，源是设计编译程序的出发点。
研究目标计算机，设计目标代码的指令 系统，它是由目标计算机扩充而成，扩 充后的计算机称作抽象计算机。目前的
通用计算机往往和源语言执行模型不一致。。
教和学的几个问题
重要性：处理字符串的一般方法；构造 大程序的方法；实用；研究课题：新的 语言及实现技术；并行编译技术。 学习方法 ：（1）源程序是源泉；（2） 把每个阶段放到整个编译程序背景中学 习；（3）认真做作业。
需预处理的源程序
预处理程序
源程序
编译程序
语法分析阶段的任务：是在词法分 析基础上将单词序列分解成各类语 法短语(比如程序、语句、表达式 等），通过语法分析确定整个输入 串是否构成一个语法上正确的程序。
语法分析所依据的是语言的语法规 则,即描述程序结构的规则
程序结构通常是由递归规则表示的， 如表达式的定义。
赋值语句经语法分析生成分析树
赋值语句
编译原理-第一
并行化编译技术
目的：提高并行计算机体系结构的性能。 超大规模计算的日益增长的需求 高性能计算机
第一章 引论
1.1 什么是编译程序 1.2 编译过程和编译程序的结构 1.3 研究领域 参考书
1。1 什么是编译程序
功能
高级程 序设计 语言书 写的程 序 术语 编译程序 低级语言 程序
源语言(程序)
目标语言(程序) 实现语言
S
I
O
1。1 什么是编译程序
分类
软件 系统软件 语言处理系统
代码优化
id1:= id2 + id3 * 60
(1) (2) (3) (4) (inttoreal ( ( ( * + := 60 id3 id2 t3 t1 t2 t1 t2 t3 id1 ) ) ) )
变换
（1） ( * id3 id2 60.0 t1 t1 id1 ) )
( 2）（ +
解释程序直接将4的值输出（显示）
编译阶段和运行阶段存储结构
源程序缓冲区 名字表 目标代码缓冲区 数据区 编译用源程序中 间表示各种表格 目标代码区
编译时
运行时
解释系统存储结构
解释系统 源程序
工作单元
名字表
标号表
缓冲区 (输入输出) 栈区
1.3 研究领域
并行编译技术 交叉编译技术 硬件描述语言及其编译技术
骨架程序 预处理器 源程序
编译器
可重定位目标文件库 汇编器
目标汇编程序
可重定位机器代码
装配连接编辑
一个语言处理系统
绝对机器码
什么是编译程序
编译原理王生原(第一章)
目标代码生成
目标代码表示形式
编译器需要将中间代码转换 为目标机器代码，以便在计 算机上运行。
目标代码优化
编译器可以使用各种技术进 行目标代码的优化，如指令 选择、寄存器分配等。
指令生成方法
编译器可以使用模板匹配等 技术生成目标机器指令。
总结
1
词法分析
将程序代码分解成一系列令牌或词法单元
2
语法分析
编译过程概述
编译过程由三个阶段组成：词法分析、语法分析和语义分析。在生成中间代码和目标代码之 前，还需要进行一些优化。
词法分析
目的和原理
将程序代码分解成一系列令牌或词法单元，以便进 行进一步的分析和转换。
识别标识符和关键字
编译器需要识别代码中的标识符和关键字，以便进 行进一步的语法分析。
识别常量
编译器需要将数字和字符串等常量识别并转换为内 部表示形式。
类型检查
编译器需要检查代码中的类型 错误，并将其转换为中间代码 表示形式。
处理语义错误
编译器需要对语义错误进行处 理，如输出错误消息或修复错 误。
中间代码生成
中间代码表示形式
编译器需要将语法树转换为中间代码表示形式，以 便进行后续优化可以使用各种技术进行中间代码的生成和优 化，如常量折叠、复写传播等。
语法分析
1 目的和原理
将词法单元组成的序列转换为语法分析树或语法树，以便进一步分析和转换代码。
2 生成语法规则
编译器需要根据语法规则生成语法分析树，以便进一步处理和转换代码。
3 生成语法树
编译器需要将语法树转换为中间代码表示形式，以便进一步优化和转换代码。
语义分析
目的和原理
检查代码中的语义错误，如类 型不匹配、未定义的变量等， 并生成符号表以便后续处理。
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Target program
2020/12/2
编译原理
14
程序的等价：若两个程序P1和P2所允许的输入集合
相同，且对相同的输入，均产生相同的输出，则称
程序P1和P2等价。
狭义看法：通常，源程序是用某种高级语言编写的， 而目标程序是用目标代码或机器代码编写的。
广义看法：程序变换，翻译器(translator)
Linker/Loader
Target Machine Code
编译原理
Library files and/or
Re2
编译过程概述
编译程序的工作，从输入源程序开始，到输出目标 程序结束，与自然语言之间的翻译有很多相似之处。
2020/12/2
编译原理
19
Example: Java Compiler & Java VM
Java语言结合了编译和解释的过程。
Java program (app.java)
(Javac)
Java Bytecodes
(app.class)
2020/12/2
编译原理
20
The context of a compiler
mov X, 2 ▪ Assembly language
X=2 ▪ C language
程序设计语言 ▪ 高级语言 ▪ 汇编语言 ▪ 机器语言
在计算机上如何执行一个 高级语言程序？
▪ 把高级语言程序翻译成 机器语言程序
▪ 运行所得的机器语言程 序求得计算结果
2020/12/2
编译原理
12
Compiler: A Bridge Between PL and Hardware
2020/12/2
编译原理
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
▪ 以源程序作为输入，不产生目标程序，一边解释一边执 行。
▪ 优点：直观易懂，结构简单，易于实现人机对话 ▪ 缺点：效率低 编译 ▪ 由高级语言转换为低级语言,然后对编译出来的目标程序
进行运行计算
2020/12/2
编译原理
18
翻译程序与解释程序的区别
二者本质区别是输出不同： ▪ 翻译程序的输出是与源程序 等价的目标程序； ▪ 解释程序实际是一台虚拟机， 其输出是被执行程序所定义 的输出结果。
C++C; Pascal C；
2020/12/2
编译原理
15
翻译器 translator
翻译：在不改变语义的条件下，把某种语言的源 程序转换成另一种语言程序—目标语言程序，称
为翻译。执行翻译的软件，称为翻译程序。
源程序
翻译程序
目标程序
2020/12/2
编译原理
17
解释和编译
解释器(interpreter) ▪ 在一种语言的机器上，直接执行用另一种语言写的程序 的过程，称为解释。实现解释的软件，称为解释程序。
编译原理
7
内容简介
第一章 编译器的基本结构
第二章 简单的语法制导翻译器
第三章 词法分析
第四章 语法分析 第五章 语法制导翻译
重点
第六章 中间代码生成
第七章 运行时刻环境
第八章 代码生成
2020/12/2
编译原理
8
教材
计算机科学丛书•编译原理 (本科教学版)(第2版) 阿霍 (Aho.A.V.) 等 赵建华 , 郑滔, 戴新 宇 (译)
课程介绍
学习设计与构造程序设计语言编译程序的原理与方 法
源程序
目标程序
可执行程序
编译
连接
程序
2020/12/2
编译原理
5
为什么学习编译原理？
编译程序构造是计算机科学中一个非常成功、成熟 的分支，也是最早获得成功的分支之一；
它与文件转换程序关系密切，不仅仅是于编译程序； 包含许多在实际应用中有用的算法。
MOV A, d MUL A, d ADD A, b MOV va, A
Assembly Codes
13
compiler
编译器是一个程序，读入某一语言写的源程序，并 将其翻译成等价的、用另一语言写的目标程序，并 且能够向用户报告被编译的源程序中出现的错误。
Source program
Compiler Error message
2020/12/2
编译原理
21
The context of a compiler
Source Program Preprocessor Modified Source Program
Compiler Target Assembly Program
2020/12/2
Assembler
Relocatable Machine Code
Applications (High Level Language) a = b + c * d
Compiler
Operating System Hardware (Low Level Language)
Register-based or Stack-based machines
2020/12/2
编译原理
2020/12/2
编译原理
9
第1版
第2版
中译本
2020/12/2
编译原理
10
课程要求
课堂 课后习题 实验
▪ 阅读、查找相关资料 ▪ 编程完成实验 ▪ 提交实验报告 成绩 ▪ 平时成绩：考勤、作业、实验 ▪ 期末考试
2020/12/2
编译原理
11
第一章 绪论 1.1 什么是编译程序
C7 06 0000 0002 ▪ machine language
编译原理 Compilers: Principles, Techniques, and Tools
12/13/2020
2020/12/2
1
课程介绍
Foundation of programming language
Principle of compiler construction
programming
2020/12/2
编译原理
6
课程内容
编译器构造的一般原理和基本实现方法 ▪ 强调对编译原理和技术的宏观理解 ▪ 不偏向于某种源语言或目标机器
理论知识 ▪ 形式语言和自动机理论 ▪ 属性文法 ▪ 类型理论等 ▪ 形式化描述技术
预备知识 ▪ 高级程序设计语言 ▪ 数据结构、汇编、离散数学
2020/12/2