编译原理chapter1 编译概述
01第一章 编译简介 编译原理课件
怎样发现语法错误？ 怎样发现语法错误？ 若某语句不能生成语 法树则出现语法错误。 法树则出现语法错误。 如语句： 如语句：
）
表达式 fact
* （
表达式 表达式
res=fact*)(term1+ term2;
表达式
+
表达式 term2
Li ww, School of Software
term1
Compiling Principle
码外提
错
误
检
查
和
处
理
程
序
与机器有关的优化：寄存器分配、存储策略、
任务划分
Compiling Principle Li ww, School of Software
符 号 表
管
理
程
序
1.2 编译器组成 续) 编译器组成(续
代码生成(code generation) 代码生成
源 程 序
词法 分析 程序
目标 代码 生成
目 标 代 码
错
误
检
查
和
处
理
程
序
Compiling Principle
Li ww, School of Software
符 号 表
管
理
程
序
1.2 编译器组成 续) 编译器组成(续
源 程 序
词法 分析 程序
语法 分析 程序
语义 分析 程序
中间 代码 生成
代码 优化 程序
目标 代码 生成
2．计算机辅助设计：MATLAB、AutoCAD 计算机辅助设计：MATLAB、 集成电路设计：VHDL、 3．集成电路设计：VHDL、Verilog 虚拟现实： 4．虚拟现实：VRML ……
编译原理课件-第1章编译简介
Identifier a Array of integer
Identifier index integer
Number 4 integer
Number 2 integer
● The source code optimizer
Assign-expression
Subscript-expression integer
8
1.3 编译器的实例
例：a[index] = 4 + 2
The scanner (Lexical analysis ):
Input: a stream of characters, Output: a , [ , index , ], = , 4, + , 2 (Tokens)
The parser ( Determine the structure of the program ):
● The target code optimizer
MOV R0 , index MUL R0 , 2 MOV R1, &a ADD R1 , R0 MOV *R1, 6
2023/6/1
MOV R0, index SHL R0 MOV &a[R0],6
12
1.4 与编译相关的数据结构
● 枚举类型：记号(tokens)种类、语法单位等的命名; ● 结构体：分析树(parser tree) 、语法树(syntax tree)的
Identifier a
2023/6/1
Identifier index
Additive-expressive
Number 4
Number 2
10
● The semantic analyzer
编译原理笔记
编译原理Chapter 1 编译概述1. 编译程序：将高级语言的源程序翻译成等价的机器语言或汇编语言的目标程序2. 编译方式程序运行阶段：编译+运行 or 编译+汇编+运行（编译程序+汇编程序）3. 解释方式只有解释执行阶段，根本区别是不生成目标程序4. 编译程序的构成：词法分析，语法分析，语义分析和中间代码生成，代码优化，目标代码生成，表格管理，出错处理5. 阶段划分是在逻辑结构上，不是实际执行的顺序，可以把几个不同阶段组织为一遍扫描6. 代码优化和中间代码生成不是必需的7. 编译程序与具体的机器和语言有关8. 目标代码需要有运行系统和初始数据才能进行运行计算9. 生成编译程序的方法：自编译 or 移植Chapter 2 文法和语言1. 描述程序设计语言考虑的因素：语法，语义和语用2. 闭包和正闭包的关系：*0{}A AA A ε++== 3. 只含空串的集合和空集：0{}{}A ε=≠Φ=4. 形式语言的描述：有穷时用枚举，无穷时用文法5. 文法：{,,,}N T G V V P S =6. 设计文法时要注意空串是否在形式语言中，以及表达能力是否正确7. 最右推导为规范推导，最左规约为规范规约8. 当一个语言是无穷集合时，定义该语言的文法一定是递归的9. 求短语、直接短语和句柄的格式： 句型...中的子串...是（相对于非终结符...）句型...的短语（且为直接短语/句柄）10. 文法二义性：存在句子有两棵不同的语法树，有两个不同的最右（最左）推导（规约） 语言二义性：不存在无二义性的文法文法二义性可以通过非形式规则或改写消除11. 0型无限制文法，1型上下文有关文法，2型上下文无关文法，3型正规文法12. 多余规则：左部符号不可达 or 无法推出终结符号串Chapter 3 词法分析与有穷自动机1. 词法分析程序：扫描和分解字符串形式的源程序，识别出具有独立意义的单词符号，并以（单词种别，单词自身的值）得形式输出2. 单词符号的两种定义方式：正规文法和正规式3. 正规式与正规集一一对应，描述能力与正规文法等价，无法处理{|1}n na b n ≥等4. 正规文法到正规式：联立解正规式方程组，基本型是A aA b =+和A Aa b =+ 正规式到正规文法：反复添加非终结符，基本型是A ab →和*A a b →5. 单词符号的识别方式：有穷自动机（也可用来描述正规集，能力相同）DFA ：{,,,,}M Q f S Z =∑，f 单值函数，初态唯一，终态不唯一NFA ：{,,,,}M Q f S Z =∑，f 多值函数且允许ε输入（*∑），初态不唯一6. 正规式到NFA ：化简后分段转化FA 到正规式：添加总初态节点X 和总终态节点Y ，逐步消去中间节点NFA 到DFA ：1）确定化，(,)[(,)]J A b Closure f A b ε=-；2）最简化，删去多余状态，合并等价（一致性，蔓延性）状态7. 正规文法与有穷自动机的互相转化Chapter 4 语法分析1. 语法分析程序：输入词法分析后的单词符号串，输出句子的语法树或错误表2. 自上而下分析：1）要进行确定分析，则文法必须无左递归和无回溯2）消除左递归：'''|,|A Aa b A bA A aA ε→⇔→→消除回溯：提取公共左因子，判断是否为LL(1)文法3）递归下降分析法：scanner() 和 error() 何时使用，main() 的写法4）预测分析法：预测分析表的构造，反序入栈；分析表无多重定义元素表明LL(1)，优点是分析表相对小3. 自下而上分析：1）可规约串在规范规约分析法中是句柄，在算符优先分析法中是最左素短语；2）算符优先分析法算符文法规则右部没有相邻非终结符，算符优先文法非终结符间有唯一优先关系 算符优先关系表的构造：FIRSTVT(A) 和 LASTVT(A)素短语：含终结符的直接短语不考虑非终结符的作用，速度快但可能错误识别文法中不含的句子3）LR 分析法综述对文法要求最少，可处理大部分无二义性上下文无关文法LR 分析表 = 分析动作ACTION 表 + 状态转换GOTO 表四种动作：移近s ，规约r ，接受acc ，报错4）LR(0)分析法LR(0)项目指明对活前缀的识别状态，分为规约、移近、待约和接受项目； DFA 中每个状态对于若干项目的集合LR(0)分析表中没有移近-规约冲突和规约-规约冲突则是LR(0)文法5）SLR(1)分析法在LR(0)分析法基础上向前查看一个输入符号，避免无脑规约6）LR(1)分析法LR(1)项目 = [LR(0)项目，搜索符]，规约仅在输入符号是搜索符时进行Chapter 5 语法制导翻译技术和中间代码生成1. 语义分析的任务：静态语义审查，执行真正的翻译（生成中间代码或目标代码）2. 语法制导翻译法不是形式化方法，使用属性文法描述语义3.综合属性自下而上，继承属性自上而下传递信息4.常用中间代码：逆波兰式，三元式，四元式，树形表示5.简单算术表达式到四元式的翻译6.布尔表达式到四元式的翻译Chapter 7 代码优化1.代码优化的目的：生成高效率（存储空间少，运行时间短）的目标代码2.代码优化的分类：是否涉及具体计算机：与机器有关（目标代码级），与机器无关（中间代码级）；根据涉及程序范围：局部优化，循环优化，全局优化3.用DAG实现局部优化1）基本块的判断，入口和出口语句的定义2）合并已知量、删除公共子表达式和删除无用赋值3）原基本块—> DAG图—> 优化后的基本块4.从程序流图找出循环，通过代码外提、强度削弱和删除归纳变量进行优化。
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 第1讲(第一章)
•记录源程序中使用的名字 •收集每个名字的各种属性信息 类型、作用域、分配存储 信息 c 常量 值：35
x 变量 类型：实 层次：2
VAR procedure… var procedure var x:real;//层次为2 …. end ….. end
…..
解释程序直接将4的值输出（显示）。有些象单步调试
编
1）遍：指对源程序或其内部表示从头 到尾扫视一遍，并进行有关的加工处理。 2）一遍扫描：以语法分析程序为中心。 编译一次完成，但是运行效果不是很好。 3）多遍扫描：每遍扫描完成不同的任 务。优点： 功能独立；结构清晰；利于 优化；节省空间。 2~8遍。
–编译方式：首先由编译程序将程序翻译成为 机器语言（或者虚拟机的语言，如java），然 后执行。
•比较：
–编译的方式可以使得一次翻译过后，多次运 行。适于花较大的精力进行优化工作。
解释执行和编译执行的区别
如：… … b := 2 ; a := b+2 ; write a ; ……
编译程序
生成代码
Int 2 St b Ld b add 2 St a
赋值语句的语法树
赋值语句 标识符 := 表达式 表达式 + 表达式
标识符
表达式
*
表达式
标识符
整数
赋值语句的语法树另一种表达形式
id1:=id2+id3*N
:= id1 Position id2 initial
+
*
id3 rate N 60
(3)语义分析
•变量声明 •类型匹配 •类型转换 例: Program p(); Var rate:real; procedure initial; … position := initial + rate * 60 /* error */ /* error */ /* warning */; …
编译原理 第1章课件
第一章编译程序概述目录1.1 什么是编译程序1.2 编译过程概述1.3 编译程序的结构1.4 编译阶段的组合1.5 编译技术和软件工具1.1 什么是编译程序编译程序：是一个语言翻译程序,是将用高级语言书写的源程序翻译成等价的低级语言的翻译程序。
（C ,Pascal,Foxbase 等） （机器语言，汇编语言） 翻译程序：是把一种语言书写的程序（源程序）翻译成另一种语言（目标语言）的等价的程序。
编译程序的重要性：使得计算机用户不必考虑与机器有关的繁琐细节，使程序员和程序设计专家独立于机器。
编译程序的发展■第一个编译程序的出现：20世纪50年代早期，主要将算术公式翻译成机器代码■20世纪50年代中期，一批编译系统程序开发成功■20世纪50年代末，开始研究编译程序的自动生成工具（LEX 、Y ACC ）■20世纪60年代，研究使用自展技术，1971年PASCAL 自展技术成功后，影响越来越大。
1.2 编译过程概述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。
典型的划分方法：(下图)词法分析阶段：编译过程的第一个阶段从而识别出一个个单词。
(逻辑上紧密相连的一组字符，这些字符具有集体含义。
)单词：标识符，保留字，常数、算符，界符等语法分析：编译过程的第二个阶段依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“程”，“语句”，“表达式”等）。
目的：检查各种语法单位在语法结构上的正确性。
例子中：符合赋值语句的语法规则，即：<变量>=<表达式>例：s=2*3.1416*r*(h+r)规则<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>“+”<表达式> <表达式>::=“(”<表达式>“)”<表达式>::=<标识符> <表达式>::=<整数> <表达式>::=<实数> ■词法分析和语法分析本质上都是对源程序的结构进行分析。
第1章-编译概述
解释器
程序规模 规模较大
中小规模
内部形式 机器代码(低级) 数据结构(高级)
运行机构 硬件CPU
软件系统
运行速度 相对较快
相对较慢
2. 编译器的功能分解和组织结构
表处理
词
语
语
中
源
法
法
义
间
程
分
分
分
代
序
析
析
析
码
生
成
中
目
间
标
目
代
代
标
码
码
程
优
生
序
化
成
错误处理
2. 编译器的功能分解和组织结构
编译器的前端：一般包括词法分析、语法分析、 符号表构造、语义分析、中间代码生成、代码 优化和错误处理等。此部分工作的特点是不依 赖于具体机器。
编译原理
第一章 编译概述
编译器和解释器 编译器的功能分解和组织结构 编译器的伙伴程序 编译器的实现途径 编译技术的作用
1. 编译器和解释器
程序设计语言的历史 机器语言：能够被计算机的硬件系统直
接执行的指令程序。 汇编语言：将硬件指令用一些助记符表
示。如ADD表示加法操作， SUB表示减法操作等等 高级语言：使用便于理解的自然语言。
移植法
同一语言的编译器在不同机器间的移植。方法：
a 目标代码的转换 b 修改中间代码到目标代码的转换
自展法 工具法 理论法
自我扩展，自己编写自己的编译器。
利用编译阶段各个部分的自动生成工具自动生成。 利用形式化描述理论，实现自动化。
5. 编译技术的作用
理解语言，编写出高效的代码 灵活设计实现自定义语言 提高软件设计技术 应用于涉及元级操作的实现 其它领域
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
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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。。
16
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。 每周有一次答疑。 参与网上教材的修改与创新。
仅依赖目标计算机
遍（PASS)： 对输入文件（源程序或其等价
的中间形式）从头到尾扫视，完成预定的处
理。
输入文件
输出文件
遍
14
把前端组织成一遍扫描
错误的诊查处理
语法分析
源 程 序
词法 分析
语义分析和
中间代码生成
中 间 代
码
符号表管理 15
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
1d
b 变 量 real
1 d+4
c 变 量 real
1 d+8
12
错误的诊查处理
编译程序在各个阶段应诊断和报告源程 序中的错误，包括词法错误，语法错误， 语义错误。 编译程序应报告出错地点，并给出简明 准确的提示信息。
13
编译程序（器）的组织
前端和后端
源程序 前 中间代码 后
端
端
目标代码
仅依赖源程序
Techniques, and Tools, AddisonWesly,1986 。
（4）Modern Compiler Implementation in C, ©Andrew W .Appel and Maia
Ginsburg , 1998 19
19
10emp1
生成目标代码
movf c , r2 ;
mulf #60.0 , r2 ;
movf b , r1 ;
addf r2 , r1 ;
movf r1 , a ;
11
符号表
名 字 种 类 类 型 层 次 偏移量
m 过程
0
a 变 量 real
7
赋值语句经语法分析生成分析树
赋值语句
变量 a
:= 表达式
项 因子
b
表达式
+
项
项* 因子
c
因子 60
8
赋值语句经语义分析生成语法树
:=
a
+
b
*
c
inttoreal
60 9
生成中间代码
temp1:=inttoreal(60); temp2:=c * temp1; temp3:=b +temp2; a :=temp3;
17
教材和参考书
教材： （1）编译程序设计原理 北京大学出版社，
杜淑敏等编著。
（2）网络版（软件工程中心资助）。
18
参考书
（1）编译原理，清华大学出版社，吕映芝
等编著，1998。
（2）程序设计语言编译原理，国防工业出
版社，陈火旺等编著，1984。
（3）Alfred V.Aho, Ravi SethiJeffrey D .Ullman , Compilers:Principles,
编译原理chapter1 编译概述
编译程序的功能
把高级语言程序翻译成等价的低级 语言 程序。
源
程
编译程序
序
目 标 程
序
编译系统：编译程序和运行程序
4
编译程序的逻辑结构
符号 表管 理
源
词
语
语
中 间
法 法 义代
目 优标
代
目 标
程 分 分 分码
码
代
序
析
析
析
生 成
化生 成
码
错误 诊查处理
35
源程序
PROGRAM m; VAR a,b,c:real; BEGIN read(b,c); a:=b+c*60; write(a) END.
6
经词法分析源程序被加工成单词流
<保留字，PROGRAM> <标识符，m> <分隔符, ; > <保留字,VAR> <标识符,a> <标识符,b> <标识符,c> <分隔符, : > <标识符, real> <分隔符, ; > <保留字, BEGIN> …... <标识符,a> < 算符 , := > <标识符,b> < 算符, + > <标识符,c> <算符,* > <常数 ,60>…… <保留字, END> <分隔符, . >