北航编译原理Chapter-1-2000.
北航程序设计语言原理教材第00章
第0章绪论语言是交换信息的媒介,是人们相互通信的工具 ,也是信息的载体,人们借助这些载体来记忆、加工信息，“语言是思维的工具”。
自然语言是人类生产、生活与自然斗争中发展起来的语言。
是人类群体为群体内交换信息的一种约定。
汉语、英语、法语、俄语、西班牙语……都是自然语言。
我们知道，一种自然语言主要是一组发声规则、语音语调的声音语言，以及对应的一套基于符号文字的书面语言。
然而，哑语、盲文又扩大了自然语言内涵的范畴，至今难于准确定义什么是自然语言。
为与本书讨论的高级程序设计语言比较，我们先看看自然语言的性质。
0.1 语言的一般性质·媒体性人们传递信息常常要用到自身器官所能表达的一切手段，声音是最重要的传递手段，但姿态、动作、情绪(形、象)却不可少。
为了记录转瞬即逝的信息，辅助信息记忆(存储)，人们发明了与声音对应的文字符号语言。
符号文字实质上是图形的抽象，图形又是自然景象的抽象。
声、图、文、象成了表达自然语言的基本手段，它们相互补充。
随着人类历史的进展，加上媒体本身固有的性质，它们既相似又各不同。
在每一个发展方向上又派生出若干分支，例如，符号语言派生出数学符号语言以表达逻辑和推理思维，派生出音乐符号的五线谱便于对乐器的操纵。
声音语言总是当前用于交换的语言，它有时间性，并且是驱动自然语言发展的最活跃分支。
文字语言相反，它有很强的稳定性。
古文、时文留下不同历史时期的自然语言版本。
文字语言也往往是语言规范的依据。
声、图、象随着计算机技术的发展，它将成为表达人类形象思维的有力工具。
符号文字、语言则成为逻辑思维的表达工具。
不同媒体语言都是自然语言的组成，相互补充而又无法完全取代。
·规范性语言是通信工具，通信者之间若无事先约定的规则，信息传递必然失真。
任何语言都有一组约定的基本元素(音素、图素、符号集、象元)以及它们合法组合的规则集，即语法；以及这些基本元素在合法的组合中的意义，即语义；还有这些有意义的组合在不同应用环境下所表达的真实含义，即语用。
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,第一讲
什么是编译程序
编译程序 编译程序：把某一种高级语言程序转换成 与之在逻辑上等价的低级语言程序的程序 （如下图）。
高高机机源源 (源源源) 编编源源 计计机 低高机机源源 (目目源源)
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高级语言程序的执行
分两个阶段
– 编译阶段 编译阶段：将源程序变换成目标程序 – 运行阶段 运行阶段：由所生成的目标程序连同运行系统 （数据空间分配子程序、标准函数程序等）接 受程序的初始输入数据，运行后输出计算结果。
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内容提纲
课程简介 编译程序概述 编译程序的工作过程与结构 编译程序的开发和实现 构造编译程序的必备知识
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机器语言
计算机每一种功能都通过一系列操作来实现 指令：计算机所能执行的每一种操作。 指令： 指令系统：计算机能够执行的全部指令集合。 指令系统： 机器语言：二进制形式的指令集合。 机器语言：
名字
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信息
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表格管理: PASCAL程序段 表格管理: PASCAL程序段
INCWAP(M， PROCEDURE INCWAP(M，N:INTEGER); LABEL START; VAR K:INTEGER; BEGIN START: K:=M+1; M:=N+4; N:=K; END.
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课程考核
期末总成绩=期末笔试+平时 期末总成绩=期末笔试+ 考核： 考核： –平时成绩：约占30% 平时成绩 约占30% –笔试：约占70% 笔试 约占70% 考勤
–不定期点名，累计三次缺席者无平时成绩！ 不定期点名，累计三次缺席者无平时成绩！ 不定期点名
9 北航本科编译原理课件 张莉
<变量表> ↓int
继承属性求值：自左向右，自顶向下 综合属性求值：自右向左，自底向上
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ε
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int A, BC 的分析翻译过程： <说明> ⇒ Type ↑ t id ↑ n1@ set_table↓t,n1 <变量表>↓t ⇒ Type ↑ t id ↑ n1 @ set_table↓t,n1 ，id ↑ n2 @ set_table ↓t,n2 符号表
因此，给定一个翻译文法，就给定了一个对偶集。
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9
9.2 属性翻译文法
在翻译文法的基础上，可以进一步定义属性文法， 翻译文法中的符号，包括终结符、非终结符和动作符号 均可带有属性，这样能更好的描述和实现编译过程。
属性可以分为两种：
综合属性 继承属性
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(2) 简单赋值形式的L_属性翻译文法(SL-ATG)
•
一般属性值计算： SL-ATG属性值计算:
x:=f ( y , z ) x:=某符号的属性值或常量。 称为复写规则
例
x:=y,
x,y,z:=17 ——
为了实现上的方便，常希望文法符号的属性求值规则为上述简 单形式的。为此，对现有的L-ATG的定义做一点改变， 从而形成一个称为简单赋值形式的L-ATG。
* ⇒(i+i)*i
用相应的翻译文法推导，可得： E⇒T ⇒ T*F@* ⇒ F*F@* ⇒(E)*F@*
* ⇒(E+T@+)*F@* ⇒(i@i+i@i @+)*i@i@*
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3 北航本科编译原理课件 张莉
12优点: 效率高345678按自动机方法，可加上开始状态和终止状态标志。
91011121314出口151617181920‘*’ : ‘,’ : ‘(’ : ‘)’ : ‘:’ :RETURN(‘STARSY’,-) ; RETURN(‘COMMASY’,-) ; RETURN(‘LPARSY’,-) ; RETURN(‘RPARSY’,-) ; BEGIN GETCHAR; if CHAR=‘=‘ THEN RETURN(‘ASSIGNSY’,-) ; UNGETCH; RETURN(‘COLONSY’,-) ; END END OF CASE; ERROR; GOTO START;北京航空航天大学计算机学院213.5 正则表达式与有穷自动机3.5.1 正则表达式和正则集合的递归定义有字母表∑, 定义在∑ 上的正则表达式和正则集合递归定义如下: 1. ε和φ都是∑ 上的正则表达式, 其正则集合分别为:{ε}和φ; 2. 任何a∈ ∑ , a是∑ 上的正则表达式,其正则集合为:{a}; 3. 假定U和V是 ∑ 上的正则表达式, 其正则集合分别记为L(U) 和L(V), 那么U|V, U•V和U*也都是∑ 上的正则表达式, 其 正则集合分别为L(U) ∪L(V)、 L(U) • L(V)和L(U)*； 4. 任何∑ 上的正则表达式和正则集合均由1、2和3产生。
北京航空航天大学计算机学院 22正则表达式中的运算符：| -----或（选择） * 或 { } ---重复 • ----连接 （） ----括号运算符的优先级：先*, 后 • , 最后 | • 在正则表达式中可以省略.正则表达式相等⇔ 这两个正则表达式表示的语言相等如：b{ab} = {ba}b {a|b} = {{a} {b}} = (a*b*)*北京航空航天大学计算机学院 23例：设 ∑ = { a,b },下面是定义在∑上的正则表达式和正则集合 正则表达式 ba* a(a|b)* (a|b)*(aa|bb)(a|b)* 正则集合北京航空航天大学计算机学院24正则表达式的性质： 设e1, e2和e3均是某字母表上的正则表达式, 则有: 单位正则表达式: ε 交换律: 结合律: 分配律: εe = eε = e e1 | e2 = e2 | e1 e1|(e2|e3) = (e1|e2)|e3 e1(e2e3) = (e1e2)e3 e1(e2|e3) = e1e2|e1e3 (e1|e2)e3 = e1e3|e2e3 此外: r* = (r|ε)* (r|s)* = (r*s*)* r** =r*北京航空航天大学计算机学院25正则表达式与3型文法等价 例如： 正则表达式： ba* 3型文法： Z ::= Za|b a(a|b)* Z::=Za|Zb|a例： 3型文法 S::= aS|aB B::= bC C::= aC|a 正则表达式 aS|aba*a ba*a a*a a*aba*a北京航空航天大学计算机学院263.5.2 确定的有穷自动机（DFA）— 状态图的形式化 (Deterministic Finite Automata) 一个确定的有穷自动机（DFA）M是一个五元式: M=(S, Σ，δ, s0, Z)其中: 1. S —有穷状态集 2. Σ —输入字母表 3. δ —映射函数(也称状态转换函数) S×Σ→S δ(s,a)=s’ , s, s’ ∈S, a∈Σ 4. s0 —初始状态 s0 ∈S 5. Z—终止状态集 Z⊆S北京航空航天大学计算机学院 27例如:M:（{0,1,2,3},{a,b},δ，0，{3}） δ（0，a）=1 δ（0，b）=2 δ（1，a）=3 δ（1，b）=2 δ（2，a）=1 δ（2，b）=3 δ（3，a）=3 δ（3，b）=3 所谓确定的状 态机，其确定 性都表现在状 态转换函数是 单值函数！状态转换函数δ可用一矩阵来表示：输入 字符 状态0 1 2 3a 1 3 1 3b 2 2 3 3北京航空航天大学计算机学院28DFA也可以用一状态转换图表示：DFA的状态图表示： a start 0 b b 2 a b 3 a,b 1 a北京航空航天大学计算机学院29DFA M所接受的符号串： DFA M所接受的符号串： * 令α= a1a2¨¨¨an，α∈Σ，若δ(δ(¨¨ δ(s0,0,a1),a2)¨¨）， 令α= a1a2¨¨¨an，α∈Σ，若δ(δ(¨¨ δ(s a1),a2)¨¨）， an-1）,an) = SSn,且SSn∈Z，则可以写成δ(s0,0,α)= SS,我们称α可为 an-1）,an) = n ,且 n ∈Z，则可以写成δ(s α)= nn,我们称α可为 M所接受。
北航计算机学院编译习题讲解
北航计算机学院编译习题讲解习题课 (1-3章）1、复习2、习题讲解北京航空航天大学计算机科学与工程系2008年6月27日1第一章概论(介绍名词术语、了解编译系统的结构和编译过程）北京航空航天大学计算机科学与工程系2008年6月27日21.2 编译过程所谓编译过程是指将高级语言程序翻译为等价的目标程序的过程。
习惯上是将编译过程划分为5个基本阶段：词法分析语法分析语义分析、生成中间代码代码优化生成目标程序北京航空航天大学计算机科学与工程系2008年6月27日 3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语法分析程序语义分析、生成中间代码代码优化生成目标程序 O.P 出错处理北京航空航天大学计算机科学与工程系2008年6月27日4第二章? 掌握符号串和符号串集合的运算、文法和语言的定义? 几个重要概念：递归、短语、简单短语和句柄、语法树、文法的二义性、文法的实用限制等。
? 掌握文法的表示：BNF、扩充的BNF范式、语法图。
? 了解文法和语言的分类北京航空航天大学计算机科学与工程系2008年6月27日 5第三章:词法分析3.1 词法分析的功能 3.2 词法分析程序的设计与实现–状态图3.3 词法分析程序的自动生成–有穷自动机、LEX北京航空航天大学计算机科学与工程系2008年6月27日6补充正则文法正则文法 1 2 4 NFA NFA 3 DFA DFA 最小化北京航空航天大学计算机科学与工程系2008年6月27日 75 6 正则表达式正则表达式习题1－3章北京航空航天大学计算机科学与工程系2008年6月27日8第一章2．典型的编译程序可划分为哪几个主要的逻辑部分？各部分的主要功能是什么？北京航空航天大学计算机科学与工程系2008年6月27日91.2 编译过程所谓编译过程是指将高级语言程序翻译为等价的目标程序的过程。
习惯上是将编译过程划分为5个基本阶段：词法分析语法分析语义分析、生成中间代码代码优化生成目标程序北京航空航天大学计算机科学与工程系2008年6月27日 10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语法分析程序语义分析、生成中间代码代码优化生成目标程序 O.P 出错处理北京航空航天大学计算机科学与工程系2008年6月27日11P19：4.试证明：A+ =AA*=A*A 证：∵ A*=A0∪A+，A+=A1∪A2∪…∪An∪… 得：A*=A0∪A1∪A2∪…∪An∪… ∴ AA*=A（A0∪A1∪A2∪…∪An∪…）= AA0∪AA1∪AA2∪…∪A An∪… =A∪A2∪A3∪An +1∪… = A+ 同理可得：A*A =(A0∪A1∪A2∪…∪An∪…)A =A0 A∪A1A∪A2A∪…∪AnA∪… = A∪A2∪A3∪An+1∪… = A+ 因此： A+ =AA*=A*A北京航空航天大学计算机科学与工程系2008年6月27日 12P26:1.设G[〈标识符〉]的规则是：〈标识符〉::=a|b|c| 〈标识符〉a|〈标识符〉c| 〈标识符〉0|〈标识符〉1 试写出VT和VN，并对下列符号串a,ab0,a0c01,0a,11,aaa给出可能的一些推导。
北京航空航天大学《编译原理》第1章 概论
编译原理及编译程序构造
张 莉 教授 史晓华
2006. 9-2007.1
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课程要求
课时:48学时（1－17周） 分为两部分:(分别计分)
– 理论基础（3学分）:课堂教学，按时交作业。 • 作业10分； • 3-6次随堂考试，共计30分；（不补） • 期末闭卷考试，60分 • 主动回答问题，每次奖励0.5分，5分封顶(考前公布) – 实践部分(2学分）：上机实践(50机时)（10周开始上机）
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第一章 概论
（介绍名词术语、了解编译系统的结构和编译过程）
•• 编译的起源：程序设计语言的发展 编译的起源：程序设计语言的发展 •• 基本概念 基本概念 •• 编译过程和编译程序构造 编译过程和编译程序构造 编译技术的应用 •• 编译技术的应用
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1.1 程序设计语言的发展
能运用所学技术解决实际问题能独立编写北京航空航天大学计算机学院北京航空航天大学计算机学院课程定位课程定位课程定位课程定位计算机学院核心课程计算机学院核心课程计算机学院核心课程计算机学院核心课程分类分类课程名称课程名称课程定位课程定位备注备注计算机基础计算机基础计算机导论入门算法和数据结构高级语言程序设计12基础必备工具计算机理论离散数学离散数学123计算机理论数理逻辑计算机数学集合论和图论组合数学计算机硬件类课程计算机硬件类课程数子电路和数字逻辑硬件基础课程含实验计算机原理和汇编语言部件原理含实验计算机接口与通讯部件间通讯含实验计算机体系结构体系结构含实验计算机网络计算机软件类课程计算机软件类课程编译技术编译技术系统软件层系统软件层含课程设计含课程设计操作系统操作系统含课程设计数据库系统原理含课程设计软件工程信息系统分析与设计应用类计算机图形学多媒体技术应用类北京航空航天大学计算机学院北京航空航天大学计算机学院数字逻辑计算机导论高等数学线性代数计算机原理和汇编语言高级程序设计语言1离散数学数据结构和算法c语言提高数据库系统编译技术编译技术操作系统计算机图形学网络计算机系统结构信息系统软件工程课程间的拓扑关系课程间的拓扑关系接口与通讯1学期学期23456电路分析北京航空航天大学计算机学院北京航空航天大学计算机学院??教材和参考书教材和参考书教材和参考书教材和参考书高仲仪金茂忠编译原理及编译程序构造北航出版社
《编译原理》理论教学大纲
《编译原理》理论教学大纲（2001年制订，2004年修订）课程编号：英文名：Compiling Principle课程类别：专业主干课前置课：程序设计基础、数据结构、汇编语言、离散数学后置课：无学分：4学分课时：72课时（其中理论教学54课时，实验教学18课时）主讲教师：苏杭丽等选定教材：吕映之，张素琴，蒋维杜.编译原理.北京：清华大学出版社, 2001年.课程概述：本课程是计算机科学与技术专业的专业主干课程，介绍了程序设计语言编译程序构造的一般原理、基本设计方法、主要实现技术方法和一些自动构造工具，如：语言基础知识、词法分析、语法分析、有限自动机理论、形式语言的识别、语义检查、运行时的存储管理、代码优化和代码生成以及整个编译程序的构造过程。
教学目的：掌握编译程序构造的一般原理、基本设计方法、主要实现技术和一些自动构造工具，巩固《程序设计语言》、《数据结构》、《汇编语言》、《离散数学》等基础知识，能将编译程序中的概念和技术应用于一般的软件设计之中，能够独立完成小型编译程序。
教学方法：理论讲课与上机实验结合。
首先从剖析一个简单的编译程序（PL/0）入手，对编译程序设计的基本理论，如有穷自动机、上下文无关文法等给予必要的介绍；对于广泛使用的语法分析和语义分析技术，如递归子程序法、算符优先分析、LR分析及语法指导翻译等进行了详细讲解；对编译程序的结构及其各部分功能、实现方法以及整体的设计考虑等给予描述。
此外，还介绍了编译原理的构造工具。
“编译原理”是一门对实践性要求较高的课程，教学中设置了实验课，强化对理论的理解。
各章教学要求及教学要点第一章编译程序概论课时分配：2课时教学要求：了解什么是编译程序；了解编译过程。
教学内容：第一节什么是编译程序一、编译程序的基本知识第二节编译过程概述一、词法分析阶段二、语法分析三、语义分析阶段四、中间代码生成五、代码优化六、目标代码生成第三节编译程序的结构一、编译程序的6个基本过程二、编译程序的两个管理功能第四节编译阶段的组合一、编译的前端二、编译的后端第五节编译技术和软件工具一、语言的结构化编辑器二、语言的调试工具三、语言的测试工具四、高级语言之间的转换工具五、并行编译技术思考题：1.编译程序的工作过程包括哪几个基本阶段？2.介绍词法分析的概念。
(完整word版)编译原理课后答案
第二章 高级语言及其语法描述4．令+、*和↑代表加，乘和乘幂，按如下的非标准优先级和结合性质的约定，计算1+1*2↑2*1↑2的值：（1） 优先顺序（从高至低）为+，*和↑，同级优先采用左结合。
（2） 优先顺序为↑，+，*，同级优先采用右结合。
解：（1）1+1*2↑2*1↑2=2*2↑1*1↑2=4↑1↑2=4↑2=16 （2）1+1*2↑2*1↑2=1+1*2*1=2*2*1=2*2=46．令文法G6为 N →D|NDD →0|1|2|3|4|5|6|7|8|9 （1） G6 的语言L （G6）是什么？（2） 给出句子0127、34和568的最左推导和最右推导。
解：（1）L （G6）=｛a|a ∈∑+,∑=﹛0,1,2,3,4,5,6,7,8,9｝｝（2）N ＝＞ND ＝＞ NDD ＝＞ NDDD ＝＞ DDDD ＝＞ 0DDD ＝＞ 01DD ＝＞ 012D ＝＞ 0127 N ＝＞ ND ＝＞ N7＝＞ ND7＝＞ N27＝＞ ND27＝＞ N127＝＞ D127＝＞ 0127 N ＝＞ ND ＝＞ DD ＝＞ 3D ＝＞ 34 N ＝＞ ND ＝＞ N4＝＞ D4 ＝＞34N ＝＞ ND ＝＞ NDD ＝＞ DDD ＝＞ 5DD ＝＞ 56D ＝＞ 568 N ＝＞ ND ＝＞ N8＝＞ ND8＝＞ N68＝＞ D68＝＞ 5687．写一个文法，使其语言是奇数集，且每个奇数不以0开头。
解：A →SN, S →+|-|∑, N →D|MDD →1|3|5|7|9, M →MB|1|2|3|4|5|6|7|8|9 B →0|1|2|3|4|5|6|7|8|9 8. 文法：E T E T E T TF T F T F F E i→+-→→|||*|/()| 最左推导:E E T T TF T i T i T F i F F i i F i i i E T T F F F i F i E i E T i T T i F T i i T i i F i i i ⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒⇒⇒⇒⇒⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+********()*()*()*()*()*()*()最右推导:E E T E TF E T i E F i E i i T i i F i i i i i E T F T F F F E F E T F E F F E i F T i F F i F i i i i i ⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒⇒⇒⇒⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+⇒+**********()*()*()*()*()*()*()*()语法树：/********************************EE FTE +T F F T +iiiEEFTE-T F F T -iiiEEFT+T F FTiii*i+i+ii-i-ii+i*i*****************/9．证明下面的文法是二义的：S → iSeS|iS|I解：因为iiiiei 有两种最左推导，所以此文法是二义的。
编译原理资料汇总精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版第一章1.翻译，是指在计算机中放置一个能由计算机直接执行的翻译程序，它以某一种程序设计语言（源语言）所编写的程序（源程序）作为翻译或加工的对象，当计算机翻译程序时，就将它翻译为与之等价的另一种语言（目标语言）的程序（目标程序）。
2.编译程序与运行系统合称为编译系统。
3.源程序的编译（或汇编）和目标程序的执行不一定在同一种计算机上完成。
当源程序由另一种计算机进行编译（或汇编）时，我们将此种编译（或汇编）称为交叉编译（或汇编）。
4.解释程序也以源程序作为它的输入，它与编译程序的主要区别是在解释程序的执行过程中不产生目标程序，而是解释执行源程序本身。
5.编译程序的主要功能是把用高级语言编写的源程序翻译为等价的目标程序。
6.编译程序的8个组成部分：（1）词法分析程序（也称扫描器）（2）语法分析程序（3）语义分析程序（4）中间代码分析程序（5）代码优化程序（6）目标代码生成程序（7）错误检查和处理程序（8）信息表格的管理程序7.编译程序的逻辑结构：(八个组成部分间的控制流程和信息流程)源程序->（1）词法分析程序->（2）语法分析程序->（3）语义分析程序->（4）中间代码生成->（5）代码优化程序->（6）目标代码生成->目标代码和以上1 2 3 4 5 6 相关联的还有（7）错误检查和处理程序和（8）信息表管理程序。
8.用形如(Class,V alue)的序偶（二元式）作为一个单词的内部表示。
Class表示单词的类别，Value是单词的值。
9.语法分析程序以词法分析程序所输出的用内部编码格式表示的单词序列作为输入，其任务是分析源程序的结构，判别他是否为相应程序设计语言中的一个合法程序。
10.前后文无关文法CFG11.常见的中间代码形式：逆波兰表示、三元式、四元式、树形结构12.目标代码生成程序以语义分析（或优化处理）所产生的中间代码作为输入，其功能是根据前面各阶段对源程序进行分析和加工所得到的有关信息，将中间代码翻译为机器语言或汇编语言形式的目标程序。