编译原理 概论

Please input values of a,b and c. 请输入a,b和c的值。
程序设计语言描述 print ("Input values of a, b and c"); read (a ); read (b );
C语言描述 printf(" … "); scanf("%d",&a); scanf("%d",&b);
read (c );
sum=a+b+c; print("sum=", sum);
scanf("%d",&c);
sum=a+b+c; print("sum=", sum);
计算机能执行上述程序吗？ 答案当然是： No！ Why？
C语言程序
#include <stdio.h> int main( ){ 程序是按一定规则书写的一个符号串 int a, b, c, sum; printf("Input values of a, b and c"); scanf("%d", &a ); 程序设计语言是用来书写程序的人工设 scanf("%d", &b ); 计的符号语言 scanf("%d", &c ); sum=a+b+c; printf("sum=", sum); return 0; }
1.2.1 程序设计语言的定义
2. 语法定义 • 语法图 • BNF(巴科斯范式)表示法 • 口语
1) 语法图
函数定义 函数类型 函数标识符 ( 形参表列 ) 函数体
+
简单表达式 + 项 项
2) BNF表示法
<函数定义>::= <函数类型> <函数标识符>(<形参表列>) <函数体>
<形参表列>::=<形参表列><形参> |<形参> <简单表达式>::= < 项 > | + <项> | - <项>
编译程序构造的基本原理、技术和方法
编译原理课程讨论三个方面：
• 高级程序设计语言的定义和相关概念 • 与编译实现相关的形式语言理论基本概念 • 编译程序构造的原理、技术和方法
编译原理课程内容：
• 高级程序设计语言相关概念：
理解编译程序的结构与功能
• 与编译相关的形式语言理论基本概念： 为第三部分的讨论打下良好基础 • 编译程序构造原理： 掌握编译原理课程的基本内容
目标程序
中间表 示代码
语义分析子程序
词法分析第一遍，语法分析第二遍，代码优化与目标程序生成第三遍
1.3.3 编译程序的分类
诊断型
优化型
可重定位型
交叉型
增量型
应用并行技术型

诊断型

专门设计来帮助开发与调试程序。 有较强的代码优化功能，能生成高功效的目标程序。优 化面临速度和内存空间的相互制约。C编译器是典型的优 化型。 开发时，保留与计算机无关部分，仅重写与目标计算机 相关的部分 在一种型号上运行的编译程序，生成的却是另一种特定 型号计算机上运行的目标程序。 多处理器计算机支持，相关技术正在探索。
汇编语言程序
L C BNG ST B LESS L ST EXIT 2， x 2， y LESS 2，max EXIT 2， y 2，max x=>reg 2 reg 2(x) ～ y 当<=时goto LESS reg 2(x)=> max goto EXIT y => reg 2 reg 2(y)=> max
义的最小单位


识别的依据：词法规则 如何描述记法规则？：有限自动机，正则文法等
如：x=x+2;识别出： 标识符：x 运算符：=,+ 整型常量：2
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2. 语法分析

任务:根据语法规则从（组成源程序的）单 词符号串识别出各种语法单位。 识别依据：语法规则 如何描述语法规则？上下文无关文法 如：x=x+2; 从词法分析中识别出的单词流：x,=,x,+,2中， 识别出这是一条赋值语句
优化型 可重定位型




交叉型

应用并行技术型

1.3.4 实际应用中的编译程序
1. 程序开发支持环境 2. 预处理 3. 非标准版本 例 C语言表达式的计算顺序 (k++)+(k++)+(k++)
1.4 形式语言理论与编译实现技术 词法分析—正则文法 语法分析—上下文无关文法
编译原理
Compiler Principles
2013年9月
第一章 编译概述
1.1 引言
• 为什么要讨论编译原理？ • 编译原理课程讨论哪些方面？
1.2 程序设计语言与程序
• 程序及其结构 • 程序设计语言与程序的执行
1.3 编译程序构造及有关概念
• 编译程序的构造 • 遍的概念 • 编译程序的分类
编译过程

对于C语言代码片断： 词法分析 int i=0; i=i+2; 识别出代码片断中的一个个单词 语法分析 (如：int,+等)； 分析语法结构； 中间代码 如：5个单词：i,=,i,+,2构成一条赋值语句 产生 根据赋值语句的含义生成中间代码； 优化 对中间代码进行时-空上的优化； 面向特定CPU生成特定的优化的机器代码。
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3. 中间代码产生



任务:按照各类不同语法范畴的语言语义进 行中间代码生成。 生成依据：语义规则 中间代码:三元式，四元式，树形结构等 x=x+2; 生成四元式为 (1) + x 2 (2) := t1 t1 x
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4. 优化

任务：对于前阶段产生的中间代码进行 时-空上的优化，以期在最后阶段产生更 高效的目标代码。
编译原理课程开设的目的
• 系统地了解并掌握高级程序设计语言编译 程序的构造原理； • 加深对高级程序设计语言(C语言)的理解； • 提高分析问题和解决问题的能力，培养与 提高研制程序的能力； • 有利于今后应用于其他各个领域的符号处 理。
一个简单的问题
对y=f(x)=x2-1，求x=1,2时y的值。 main() { int x1,x2,,1y,2y; 正确? scanf(“%d%d”,&x1,&x2); 为什么? 1y=x12-1; 如何纠正? 2y=x2*x2-1; printf(“%d%d”,1y,2y); }
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目标代码 产生
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编译程序的逻辑结构（工作过程）
各种信息表的管理
词 法 分 析 语 法 分 析
源 程 序
语 义 分 析 和
优 化
目 标 代 码 生 成
目 标 代 码
错
误
诊
查
处
理
1. 词法分析

任务: 输入源程序，对构成源程序的字符串进行 扫描和分解，识别出一个个单词符号—具有语法含
4 2014年1月3日
1.1 引言
1. 编译程序引进的必要 源 程 序 目 标 程 序
编译程序
把面向人的高级抽象描述的算法等价转换 到可执行程序的程序
1.1 引言
2. 课程讨论的内容
本课程将讨论编译程序的构造原理，工作
原理；在构造编译程序时，可采用哪些技术，
会发生哪些问题，应如何去解决，等等。
编译原理课程讨论的主要内容：

参见龙书
符号表
position = initial+ rate * 60
词法分析
语法分析（+语义分析）
中间代码生成
代码优化与目标程序生成
1.3.2 遍(趟pass)的概念
编译程序分成若干阶段，每一阶段以前 一阶段的输出作为输入，对源程序或中间表 示从头到尾地扫描处理的过程称为一遍(趟) 。 分成几遍，编译程序便称为几遍的编译 程序。 阶段与遍是不同的概念。一遍可以由若 干段组成，一个阶段也可以分若干遍来完成。
1.2.1 程序及其结构
程序的概念: • 计算机能执行的指令序列 • 计算任务的处理对象和处理规则的描述 程序=算法+数据结构 高级程序设计语言程序按一定的构架构成
1.2.1 程序设计语言的定义
1. 程序设计语言的四个方面 • 语法：书写规则 • 语义：含义 • 语用：用途 • 语境：理解和实现的环境
高级程序设计语言程序 If (x>y) max=x; else max=y;
语法成分的层次(以C语言为例)
程序 函数1 语句1 表达式1 函数i 语句字 C语言基本符号： 函数… 语句… 表达式…
字母、数字、界限符
C语言符号：标识符、无符号数、字符串、标号、界 限符(关键字、运算符、括号及其他专用符号)
一遍编译程序: （从头到尾一次性完成）
源程序只读一遍
错误的诊查处理 语法分析
只适用于简单 语言
源 程 序
词法 分析
语义分析和中 间代码生成
目 标 代 码
符号表管理
三遍编译程序:
源程序
词法分 属性字序列 析程序
语义 处理
语法分 析程序
中间表示代码 目标程 序生成 优 优化后 化 中间表示 代码优化
| <简单表达式>+<项>