第01章_编译程序概述
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词法规则是单词符号的形成规则, 词法规则 它规定了哪样的字符串构成一个单词 符号。 例如 float r，h，s； s = 2*3.1416*r*(h＋r);
2011-2-26 19/38
词法规则
上述源程序通过词法分析识别出 如下单词符号： 关键字 float 常数 界符
2011-2-26
标识符 r、h、s 算符 * 、＋
2011-2-26
34/38
1.4 编译技术在软件开发中的应用
例如,设计词法分析器的串匹配 技术已用于正文编辑器、信息检索 正文编辑器、 正文编辑器 系统和模式识别程序; 系统和模式识别程序; 上下文无关 文法和语法制导定义已用于创建诸 如排版、绘图系统 排版、 排版 绘图系统和语言结构化编 辑器中，代码优化技术已用于程序 程序 验证器和从非结构化的程序产生结 验证器 构化程序的编程之中。
2011-2-26 35/38
怎样学习编译原理
做好思想准备,不要畏难,多看书，结合课本后面 的习题多做思考和类比, 在学习的过程中归纳出 自己的难点和疑惑点,然后重点突破； 自己动手做一个虚拟机,在虚拟机的基础上开发自 , 己的语言和编译器,加强实践；深刻的理解书本上 那些抽象的东西。 可以直接专注于编码(Lex,Yacc等)的研究,然后去 配合理论的学习,可以在第一次学习的过程中忽略 一些内容,等以后用的时候再来学习.
2011-2-26
2, T1, h, T2, T4,
3.1416, r, r, T3, __,
T1 ) T2 ) T3 ) T4 ) s)
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4. 代码优化
代码优化的任务是对前阶段产生的 中间代码进行等价变换或改造，以期获得 更为高效即省时间和空间的目标代码。优 化主要包括局部优化和循环优化等，例如 上述四元式经局部优化后得： (1) ( *, 6.28, r, T2 ) (2) ( +, h, r, T3 ) (3) ( *, T2, T3, T4 )
2011-2-26
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1. 词法分析
词法分析阶段的任务是对构成 字符串从左到右进行扫描 源程序的字符串 字符串 和分解，根据语言的词法规则 词法规则，识 词法规则 别出一个一个具有独立意义的单词 单词 ( 也称单词符号 简称符号 )。 单词符号, 单词符号
2011-2-26 18/38
词法规则
2011-2-26 28/38
表格管理和错误处理
一个好的编译程序在编译过程中，应 具有广泛的程序查错能力，并能准确地报 告错误的种类及出错位置，以便用户查找 和纠正，因此，在编译程序中还必须有一 个出错处理程序。
2011-2-26
29/38
编译程序的结构
源程序 ( 字符串) 表 格 管 理 代码优化程序 程 目标代码生成程序 序
2011-2-26
3/38
教材和参考书
教材 《程序设计语言编译原理》. 陈火旺著,国防科技 大学出版社。 参考书
COMPILER CONSTRUCTION-Principles and Practice. Kenneth C. Louden著(San Jose State University) 《编译原理》. (美)阿霍(Aho, A. V.)等著. 李建中等译. 北京:机械工业出版社, 2003.8 《编译原理考研辅导教程》. 电子科技大学出版社
2011-2-26 32/38
编译程序的自动生成
生成编译程序的方法还常采用自编译 方式和移植方式。 随着并行技术和并行语言的发展，处 理并行语言的并行编译技术和将串行程序 转换成并行程序的自动并行编译技术正在 深入研究之中。
2011-2-26
33/38
1.4 编译技术在软件开发中的应用
虽然我们只有少数人从事构造或 维护程序语言编译程序的工作,但是， 大部分系统软件和应用软件的开发， 大部分系统软件和应用软件的开发， 通常要用到编译的原理和技术。 通常要用到编译的原理和技术
2011-2-26
7/38
1.1 什么是编译程序
高级语言程序 翻译程序 机器语言程序
翻译程序是指这样一个程序,它把 一种语言(称作源语言)所写的程序(源 程序)翻译成等价的另一种语言(称作 目标语言)的程序(目标程序)。
2011-2-26 8/38
1.1 什么是编译程序
源程序 高级语言程序 编译程序 目标程序 汇编语言或者 机器语言程序
2011-2-26 21/38
语法规则
语言的语法规则 语法规则规定了如何从单 语法规则 语法规则是语 词符号形成语法单位，语法规则 语法规则 法单位的形成规则。 例如 float r，h，s； s = 2*3.1416*r*(h＋r);
2011-2-26 22/38
语法规则
单词符号串 s=2*3.1416 * r *(h＋r) 中，“s” 是<变量>，单词符号串 “2 * 3.1416 * r *(h＋r)” ＋ 组合成<表达式 表达式>这样的语法单位 组合成 表达式 这样的语法单位 , 由 <变量>=<表达式>构成<赋值语句>这 样的语法单位。 规则的表示方法：巴克斯-诺尔范式 巴克斯巴克斯
2011-2-26 15/38
编译过程
编译程序是将一种语言形式翻译成 另一种语言形式，因此，其工作过程一 般可划分为如下五个阶段：
2011-2-26
词法分析 语法分析 中间代码生成 代码优化 目标代码生成
16/38
编译过程
例如 计算圆柱体表面积的程序 片断如下： float r，h，s； s = 2*3.1416 * r *(r＋h);
2011-2-26 23/38
3. 中间代码生成
语义分析的任务是首先对每种语 语义分析 法单位进行静态的语义审查，然后分 析其含义，并用另一种语言形式 (比 源语言更接近于目标语言的一种中间 代码或直接用目标语言 ) 来描述这种 语义。
2011-2-26 24/38
例如， 例如，前例中
将s = 2*3.1416 * r *(h＋r)翻译成如下 形式的四元式中间代码： (1) ( *, (2) ( *, (3) ( +, (4) ( *, (5) ( =,
2011-2-26 13/38
编译程序现状
并行机的并行编译技术 基于GCC(GNU C Compiler)生成面向特定芯片 的编译器工作 反编译技术
2011-2-26
14/38
1.2 编译过程和编译程序的基本结构
将英文句子 “I wish you success ” 翻译成中文句子的大致过程是： 词法分析 语法分析 语义分析 修饰工作 翻译成文
李红军 E-mail: fengqu77@126.com Tel: 88150636
2011-2-26 1/38
课程简介
课程内容 介绍编译器构造的一般原理和基本实现方法 介绍的理论知识：形式语言和自动机理论、语 法制导的定义和属性文法、类型论等 强调形式描述技术和自动生成技术 强调对编译原理和技术的宏观理解，不把注意 力分散到枝节算法，不偏向于某种源语言或目 标机器
机器语言 目标程序 运行系统
结果
10/38
运行阶段
程序运行阶段
第二种情况： 第二种情况： 编 译 程 序 汇编 语言 目标 程序 汇 编 程 序 初始数据 机器 语言 目标 程序 运行系统
2011-2-26 11/38
源程序
高级语言 程序
结果
编译阶段
汇编阶段
运行阶段
编译程序历史（国外）
1957年，IBM的John Backus带领的一个研究小组 设计出了Fortran语言及其编译器。 与此同时，Noam Chomsky开始了他对自然语言结 构的研究，发现Chomsky Hierarchy。 Chomsky Hierarchy 70年代后期和80年代早期，编译器其它部分的生成 自动化。这些尝试并未取得多少成功。 在九十年代，作为GNU项目或其它开放源代码项目 的一部分，许多免费编译器和编译器开发工具被开 发出来。
3.1416、2
（、 ）、 ；、 ，、=
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2. 语法分析
语法分析的任务是在词法分析的基 础上, 根据语言的语法规则 单词符 语法规则从单词符 语法规则 号串中识别出各种语法单位 ( 如表 语法单位 号串 达式、说明、语句等 ) ,并进行语法 语法 检查,即检查各种语法单位在语法结 检查 构上的正确性。
2011-2-26
词法分析程序 语法分析程序 中间代码生成程序
出 错 处 理 程 序
目标程序
30/38
1.3 编译程序的生成方法
编译程序是一个复杂的系统程序，要 生成一个编译程序一般要考虑以下几方面： 对源语言和目标语言认真分析 设计编译算法 选择语言编制程序 调试编译程序 提交相关文档资料
2011-2-26 31/38
2011-2-26 4/38
课程要求
目标：相互交流，共同进步 课时：64 课程学分：4 先修课程:《离散数学》《数据结构与算法》 《程序设计语言》ຫໍສະໝຸດ Baidu考核：考试(50%)+作业(30%)+出勤(20%) 作业：每章至少1题
2011-2-26
5/38
第一章 编译程序概论
编译原理这门课程主要介绍设计 和构造编译程序的基本原理以及常用 的技术和方法。 本章重点介绍编译程序的基本概念。
编译程序是一种翻译程序，它将 编译程序 高级语言所写的源程序翻译成等价的 机器语言或汇编语言的目标程序。
2011-2-26 9/38
程序运行阶段
采用编译方式在计算机上执行用高级 语言编写的程序，需分阶段进行。 第一种情况： 第一种情况： 初始数据 编 译 程 序
编译阶段
源程序
高级语言 程序
2011-2-26
2011-2-26 12/38
编译程序历史（国内）
60年代初期，董韫美院士和杨芙清院士的研究组 开发国产机上的ALGOL和FORTRAN编译器。 改革开放前，研制国产计算机，包括大型机和高 性能计算机（如向量机、并行机），相应的也在 研制高级语言编译器。 90年代以来中科院计算所张兆庆教授研究组 (ACTGroup) 先后开发了共享内存多处理机的并 行识别器，分布式内存多处理机的并行识别器， SIMD芯片和VLIW芯片的并行优化C编译器。将 编译技术与图形学结合，ACTGroup还推出了集 成化、可视化的并行编程环境。
编译程序的自动生成
随着编译技术和自动机理论的发展, 近 年来已研制出了一些编译程序的自动生成 自动生成 系统。 系统 如目前已广为使用词法分析程序的自 动生成系统LEX和语法分析程序自动生成 系统YACC等，此外, 还有可用来自动产 生整个编译程序的软件工具：编译程序产 编译程序产 生器, 生器 它的功能是将任一语言的词法规则、 语法规则和语义解释的描述作为输入，自 动生成该语言的编译程序。
2011-2-26
(4) ( =,
T4,
__,
s)
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5.目标代码生成
目标代码生成的任务是将中间 代码变换成特定机器上的绝对指令 代码或可重定位的指令代码或汇编 指令代码。
2011-2-26
27/38
表格管理和错误处理
在编译程序的各个阶段中，都要涉及 表格管理和错误处理。 编译程序在工作过程中需要建立一 些表格，以登记源程序中所提供的或在 编译过程中所产生的一些信息，编译各 个阶段的工作都涉及到构造、查找、修 改或存取有关表格中的信息，因此，在 编译程序中必须有一组管理各种表格的 程序。
2011-2-26
2/38
为什么要学习编译原理
是计算机学科中一个非常成功的分支 蕴涵着计算机学科中解决问题的思路、抽象问题 和解决问题的方法 有利于加深对程序语言的理解 是一个很好的软件工程实例，所介绍的概念和技 术能应用到一般的软件设计之中 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。
2011-2-26 36/38
本章小结 编译程序是一种翻译程序，它将高 词法分析、语法分析、中间代码生 编译程序
级语言所写的源程序翻译成等价的 成、代码优化、目标代码生成 机器语言或汇编语言的目标程序。
什么是编译程序 编译的过程 编译程序的结构
2011-2-26 6/38
程序设计语言
计算机可以直接接收的语言是机器语言 机器语言，由二进 机器语言 制(0、1序列)组成，唯一可以在机器上直接执行 的语言。难读、难写、与硬件环境密切相关。 汇编语言用助记符表示指令的操作码。 汇编语言 高级程序设计语言摆脱了对硬件的依赖，易读、 高级程序设计语言 易写、便于算法交流。
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词法规则
上述源程序通过词法分析识别出 如下单词符号： 关键字 float 常数 界符
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标识符 r、h、s 算符 * 、＋
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1.4 编译技术在软件开发中的应用
例如,设计词法分析器的串匹配 技术已用于正文编辑器、信息检索 正文编辑器、 正文编辑器 系统和模式识别程序; 系统和模式识别程序; 上下文无关 文法和语法制导定义已用于创建诸 如排版、绘图系统 排版、 排版 绘图系统和语言结构化编 辑器中，代码优化技术已用于程序 程序 验证器和从非结构化的程序产生结 验证器 构化程序的编程之中。
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怎样学习编译原理
做好思想准备,不要畏难,多看书，结合课本后面 的习题多做思考和类比, 在学习的过程中归纳出 自己的难点和疑惑点,然后重点突破； 自己动手做一个虚拟机,在虚拟机的基础上开发自 , 己的语言和编译器,加强实践；深刻的理解书本上 那些抽象的东西。 可以直接专注于编码(Lex,Yacc等)的研究,然后去 配合理论的学习,可以在第一次学习的过程中忽略 一些内容,等以后用的时候再来学习.
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2, T1, h, T2, T4,
3.1416, r, r, T3, __,
T1 ) T2 ) T3 ) T4 ) s)
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4. 代码优化
代码优化的任务是对前阶段产生的 中间代码进行等价变换或改造，以期获得 更为高效即省时间和空间的目标代码。优 化主要包括局部优化和循环优化等，例如 上述四元式经局部优化后得： (1) ( *, 6.28, r, T2 ) (2) ( +, h, r, T3 ) (3) ( *, T2, T3, T4 )
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1. 词法分析
词法分析阶段的任务是对构成 字符串从左到右进行扫描 源程序的字符串 字符串 和分解，根据语言的词法规则 词法规则，识 词法规则 别出一个一个具有独立意义的单词 单词 ( 也称单词符号 简称符号 )。 单词符号, 单词符号
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词法规则
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表格管理和错误处理
一个好的编译程序在编译过程中，应 具有广泛的程序查错能力，并能准确地报 告错误的种类及出错位置，以便用户查找 和纠正，因此，在编译程序中还必须有一 个出错处理程序。
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编译程序的结构
源程序 ( 字符串) 表 格 管 理 代码优化程序 程 目标代码生成程序 序
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教材和参考书
教材 《程序设计语言编译原理》. 陈火旺著,国防科技 大学出版社。 参考书
COMPILER CONSTRUCTION-Principles and Practice. Kenneth C. Louden著(San Jose State University) 《编译原理》. (美)阿霍(Aho, A. V.)等著. 李建中等译. 北京:机械工业出版社, 2003.8 《编译原理考研辅导教程》. 电子科技大学出版社
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编译程序的自动生成
生成编译程序的方法还常采用自编译 方式和移植方式。 随着并行技术和并行语言的发展，处 理并行语言的并行编译技术和将串行程序 转换成并行程序的自动并行编译技术正在 深入研究之中。
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1.4 编译技术在软件开发中的应用
虽然我们只有少数人从事构造或 维护程序语言编译程序的工作,但是， 大部分系统软件和应用软件的开发， 大部分系统软件和应用软件的开发， 通常要用到编译的原理和技术。 通常要用到编译的原理和技术
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1.1 什么是编译程序
高级语言程序 翻译程序 机器语言程序
翻译程序是指这样一个程序,它把 一种语言(称作源语言)所写的程序(源 程序)翻译成等价的另一种语言(称作 目标语言)的程序(目标程序)。
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1.1 什么是编译程序
源程序 高级语言程序 编译程序 目标程序 汇编语言或者 机器语言程序
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语法规则
语言的语法规则 语法规则规定了如何从单 语法规则 语法规则是语 词符号形成语法单位，语法规则 语法规则 法单位的形成规则。 例如 float r，h，s； s = 2*3.1416*r*(h＋r);
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语法规则
单词符号串 s=2*3.1416 * r *(h＋r) 中，“s” 是<变量>，单词符号串 “2 * 3.1416 * r *(h＋r)” ＋ 组合成<表达式 表达式>这样的语法单位 组合成 表达式 这样的语法单位 , 由 <变量>=<表达式>构成<赋值语句>这 样的语法单位。 规则的表示方法：巴克斯-诺尔范式 巴克斯巴克斯
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编译过程
编译程序是将一种语言形式翻译成 另一种语言形式，因此，其工作过程一 般可划分为如下五个阶段：
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词法分析 语法分析 中间代码生成 代码优化 目标代码生成
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编译过程
例如 计算圆柱体表面积的程序 片断如下： float r，h，s； s = 2*3.1416 * r *(r＋h);
2011-2-26 23/38
3. 中间代码生成
语义分析的任务是首先对每种语 语义分析 法单位进行静态的语义审查，然后分 析其含义，并用另一种语言形式 (比 源语言更接近于目标语言的一种中间 代码或直接用目标语言 ) 来描述这种 语义。
2011-2-26 24/38
例如， 例如，前例中
将s = 2*3.1416 * r *(h＋r)翻译成如下 形式的四元式中间代码： (1) ( *, (2) ( *, (3) ( +, (4) ( *, (5) ( =,
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编译程序现状
并行机的并行编译技术 基于GCC(GNU C Compiler)生成面向特定芯片 的编译器工作 反编译技术
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1.2 编译过程和编译程序的基本结构
将英文句子 “I wish you success ” 翻译成中文句子的大致过程是： 词法分析 语法分析 语义分析 修饰工作 翻译成文
李红军 E-mail: fengqu77@126.com Tel: 88150636
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课程简介
课程内容 介绍编译器构造的一般原理和基本实现方法 介绍的理论知识：形式语言和自动机理论、语 法制导的定义和属性文法、类型论等 强调形式描述技术和自动生成技术 强调对编译原理和技术的宏观理解，不把注意 力分散到枝节算法，不偏向于某种源语言或目 标机器
机器语言 目标程序 运行系统
结果
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运行阶段
程序运行阶段
第二种情况： 第二种情况： 编 译 程 序 汇编 语言 目标 程序 汇 编 程 序 初始数据 机器 语言 目标 程序 运行系统
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源程序
高级语言 程序
结果
编译阶段
汇编阶段
运行阶段
编译程序历史（国外）
1957年，IBM的John Backus带领的一个研究小组 设计出了Fortran语言及其编译器。 与此同时，Noam Chomsky开始了他对自然语言结 构的研究，发现Chomsky Hierarchy。 Chomsky Hierarchy 70年代后期和80年代早期，编译器其它部分的生成 自动化。这些尝试并未取得多少成功。 在九十年代，作为GNU项目或其它开放源代码项目 的一部分，许多免费编译器和编译器开发工具被开 发出来。
3.1416、2
（、 ）、 ；、 ，、=
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2. 语法分析
语法分析的任务是在词法分析的基 础上, 根据语言的语法规则 单词符 语法规则从单词符 语法规则 号串中识别出各种语法单位 ( 如表 语法单位 号串 达式、说明、语句等 ) ,并进行语法 语法 检查,即检查各种语法单位在语法结 检查 构上的正确性。
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词法分析程序 语法分析程序 中间代码生成程序
出 错 处 理 程 序
目标程序
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1.3 编译程序的生成方法
编译程序是一个复杂的系统程序，要 生成一个编译程序一般要考虑以下几方面： 对源语言和目标语言认真分析 设计编译算法 选择语言编制程序 调试编译程序 提交相关文档资料
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课程要求
目标：相互交流，共同进步 课时：64 课程学分：4 先修课程:《离散数学》《数据结构与算法》 《程序设计语言》ຫໍສະໝຸດ Baidu考核：考试(50%)+作业(30%)+出勤(20%) 作业：每章至少1题
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第一章 编译程序概论
编译原理这门课程主要介绍设计 和构造编译程序的基本原理以及常用 的技术和方法。 本章重点介绍编译程序的基本概念。
编译程序是一种翻译程序，它将 编译程序 高级语言所写的源程序翻译成等价的 机器语言或汇编语言的目标程序。
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程序运行阶段
采用编译方式在计算机上执行用高级 语言编写的程序，需分阶段进行。 第一种情况： 第一种情况： 初始数据 编 译 程 序
编译阶段
源程序
高级语言 程序
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编译程序历史（国内）
60年代初期，董韫美院士和杨芙清院士的研究组 开发国产机上的ALGOL和FORTRAN编译器。 改革开放前，研制国产计算机，包括大型机和高 性能计算机（如向量机、并行机），相应的也在 研制高级语言编译器。 90年代以来中科院计算所张兆庆教授研究组 (ACTGroup) 先后开发了共享内存多处理机的并 行识别器，分布式内存多处理机的并行识别器， SIMD芯片和VLIW芯片的并行优化C编译器。将 编译技术与图形学结合，ACTGroup还推出了集 成化、可视化的并行编程环境。
编译程序的自动生成
随着编译技术和自动机理论的发展, 近 年来已研制出了一些编译程序的自动生成 自动生成 系统。 系统 如目前已广为使用词法分析程序的自 动生成系统LEX和语法分析程序自动生成 系统YACC等，此外, 还有可用来自动产 生整个编译程序的软件工具：编译程序产 编译程序产 生器, 生器 它的功能是将任一语言的词法规则、 语法规则和语义解释的描述作为输入，自 动生成该语言的编译程序。
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(4) ( =,
T4,
__,
s)
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5.目标代码生成
目标代码生成的任务是将中间 代码变换成特定机器上的绝对指令 代码或可重定位的指令代码或汇编 指令代码。
2011-2-26
27/38
表格管理和错误处理
在编译程序的各个阶段中，都要涉及 表格管理和错误处理。 编译程序在工作过程中需要建立一 些表格，以登记源程序中所提供的或在 编译过程中所产生的一些信息，编译各 个阶段的工作都涉及到构造、查找、修 改或存取有关表格中的信息，因此，在 编译程序中必须有一组管理各种表格的 程序。
2011-2-26
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为什么要学习编译原理
是计算机学科中一个非常成功的分支 蕴涵着计算机学科中解决问题的思路、抽象问题 和解决问题的方法 有利于加深对程序语言的理解 是一个很好的软件工程实例，所介绍的概念和技 术能应用到一般的软件设计之中 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。
2011-2-26 36/38
本章小结 编译程序是一种翻译程序，它将高 词法分析、语法分析、中间代码生 编译程序
级语言所写的源程序翻译成等价的 成、代码优化、目标代码生成 机器语言或汇编语言的目标程序。
什么是编译程序 编译的过程 编译程序的结构
2011-2-26 6/38
程序设计语言
计算机可以直接接收的语言是机器语言 机器语言，由二进 机器语言 制(0、1序列)组成，唯一可以在机器上直接执行 的语言。难读、难写、与硬件环境密切相关。 汇编语言用助记符表示指令的操作码。 汇编语言 高级程序设计语言摆脱了对硬件的依赖，易读、 高级程序设计语言 易写、便于算法交流。