陈意云编译原理课件chapter1

1、编译原理和技术编译原理和技术中国科学技术大学中国科学技术大学计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院陈意云陈意云0551-课课 程程 简简 介介课程内容课程内容 介绍编译器构造的一般原理和基本实现方法介绍编译器构造的一般原理和基本实现方法 包括的理论知识：形式语言和自动机理论、语法包括的理论知识：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、程序分析原理制导的定义和属性文法、类型论、程序分析原理等等 强调形式描述技术和自动生成技术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，不偏向于任何源语言或目标

2、机分散到枝节算法，不偏向于任何源语言或目标机器器课课 程程 简简 介介学习意义学习意义 对编程语言的设计和实现有深刻的理解，对和编对编程语言的设计和实现有深刻的理解，对和编程语言有关的理论有所了解，对宏观上把握编程程语言有关的理论有所了解，对宏观上把握编程语言来说，起一个奠基的作用语言来说，起一个奠基的作用 从软件工程看，编译器是一个很好的实例，所介从软件工程看，编译器是一个很好的实例，所介绍的概念和技术能应用到一般的软件设计之中绍的概念和技术能应用到一般的软件设计之中 编译技术的应用和编译技术的发展编译技术的应用和编译技术的发展高级语言设计、计算机系统结构的优化（并行、内高级语言设计、计算机

3、系统结构的优化（并行、内存分层）、新型计算机系统结构设计、程序翻译、存分层）、新型计算机系统结构设计、程序翻译、提高软件开发效率的工具提高软件开发效率的工具 、高可信软件可信软件课课 程程 简简 介介教材和参考书教材和参考书 陈意云、张昱，陈意云、张昱，编译原理编译原理，高等教育出版社，高等教育出版社，2008 张昱、陈意云，张昱、陈意云，编译原理实验教程编译原理实验教程，高等教育出，高等教育出版社，版社， 2009 A. V. Aho, M. S. Lam, R. Sethi, and J. D. Ullman, Compilers: Principles, Techniques, and

4、Tools , 2nd edition, Addison-Wesley, 2007 陈意云、张昱，陈意云、张昱，编译原理习题精选与解析编译原理习题精选与解析，高等，高等教育出版社，教育出版社，2005 教学资源网页：教学资源网页：http:/ http:/ 程程 简简 介介课程要求课程要求 质量上的目标：师生共同努力，达国内最好水平质量上的目标：师生共同努力，达国内最好水平 讲课进展较快，平时不复习并加深理解，后面将讲课进展较快，平时不复习并加深理解，后面将听不懂听不懂 作业：少而精，周一课间交作业作业：少而精，周一课间交作业 课程设计：自己动手，丰产丰收课程设计：自己动手，丰产丰收 考试：开

5、卷，灵活运用知识考试：开卷，灵活运用知识 学期总评学期总评 = 考试成绩考试成绩占占50%，作业占，作业占10%，课程，课程设计设计40% 上课、设计、考试时间大体安排上课、设计、考试时间大体安排课课 程程 简简 介介课程设计要求课程设计要求 内容：两人合作构造一个简单语言的编译器内容：两人合作构造一个简单语言的编译器 目标：巩固对理论和技术的理解，提高程序设计目标：巩固对理论和技术的理解，提高程序设计能力能力 技术准备：面向对象编程、技术准备：面向对象编程、Java及编程环境、及编程环境、Linux用户界面、用户界面、x86汇编语言或汇编语言或MIPS汇编语言汇编语言 考查与评分：对截止时间

6、前提交的程序，通过测考查与评分：对截止时间前提交的程序，通过测试和答辩进行公开评分试和答辩进行公开评分 前三年课程设计的经验和教训前三年课程设计的经验和教训 对该课程设计的综合性认识不足对该课程设计的综合性认识不足 对考查的对考查的“动真格动真格”认识不足认识不足对对 课课 程程 的的 评评 论论 本校少年班本校少年班1994级一个同学，级一个同学，Stanford大学大学博士（博士（1999年）年） Actually I think the quality of the compiler course in USTC is really very good and can be compar

7、ed with any universities here. 本系某考研同学（本系某考研同学（2006年）年）感觉您出的题目很有创意，也很有深度感觉您出的题目很有创意，也很有深度 ，没有，没有局限于固定的算法和题型，只看课本和复习往年的局限于固定的算法和题型，只看课本和复习往年的题目而不深入思考的人是做不出来的，能够真正从题目而不深入思考的人是做不出来的，能够真正从本质上考察一个考生的水平本质上考察一个考生的水平对对 课课 程程 的的 评评 论论 西南科技大学某考研学生（西南科技大学某考研学生（2004年）年）看过你编的书后，感觉编译的原理可以一下子看过你编的书后，感觉编译的原理可以一下子和我

8、平常学的很多学科和语言都联系起来了，可以和我平常学的很多学科和语言都联系起来了，可以学到很多可以实际用到的东西，虽然是在讲同样的学到很多可以实际用到的东西，虽然是在讲同样的东西，但您的教学方式让我很适应，学起来也很有东西，但您的教学方式让我很适应，学起来也很有兴趣，大大减轻了我考研的疲劳感兴趣，大大减轻了我考研的疲劳感第一章第一章 引引 论论 名词解释名词解释 翻译器翻译器(translator)、编译器、编译器(compiler) 解释器解释器(interpreter) 编译器从逻辑上可以分成若干个编译器从逻辑上可以分成若干个阶段阶段 每个阶段把源程序从一种表示变换成另一种每个阶段把源程序从

9、一种表示变换成另一种表示表示 本章通过描述编译器的各个阶段来介绍编译本章通过描述编译器的各个阶段来介绍编译这个课题这个课题1. 1 编译器概述编译器概述词法分析器词法分析器语法分析器语法分析器语义分析器语义分析器源程序源程序中间代码生成器中间代码生成器独立于机器的代码优化器独立于机器的代码优化器代码生成器代码生成器依赖于机器的代码优化器依赖于机器的代码优化器目标机器代码目标机器代码符号表符号表符符 号号 表表 positioninitialrate. . . . . . .123词法分析器词法分析器 id, 1 = id, 2 + id, 3 60 position = initial + r

10、ate 601. 1 编译器概述编译器概述1. 1 编译器概述编译器概述表达式的语法特征表达式的语法特征 任何一个标识符都任何一个标识符都是表达式是表达式 任何一个数都是表任何一个数都是表达式达式 如果如果e1和和e2都是表都是表达式，那么达式，那么 e1 + e2 e1 * * e2 (e1)也都是表达式也都是表达式表达式表达式表达式表达式表达式表达式标识符标识符表达式表达式表达式表达式(initial)标识符标识符(rate)数数(60)*+initial + rate * * 60的的分析树分析树符符 号号 表表 positioninitialrate. . . . . . .123语法

11、分析器语法分析器 id, 1 = id, 2 + id, 3 60 = + 60 id, 1 id, 2 id, 3 语法树语法树1. 1 编译器概述编译器概述符符 号号 表表 positioninitialrate. . . . . . .1231. 1 编译器概述编译器概述语义分析器语义分析器 = + 60 id, 1 id, 2 id, 3 = + inttoreal id, 1 id, 2 id, 3 60 符符 号号 表表 positioninitialrate. . . . . . .123中间代码生成器中间代码生成器t1 = inttoreal(60)t2 = id3 t1t3

12、= id2 + t2id1 = t3 = + inttoreal id, 1 id, 2 id, 3 60 1. 1 编译器概述编译器概述符符 号号 表表 positioninitialrate. . . . . . .123代码优化器代码优化器t1 = inttoreal(60)t2 = id3 t1t3 = id2 + t2id1 = t3t1 = id3 * * 60.0id1 = id2 + t11. 1 编译器概述编译器概述符符 号号 表表 positioninitialrate. . . . . . .123代码生成器代码生成器MOVF id3, R2MULF #60.0, R2M

13、OVF id2, R1ADDF R2, R1MOVF R1, id1t1 = id3 * * 60.0id1 = id2 + t11. 1 编译器概述编译器概述1. 1 编译器概述编译器概述解释器和编解释器和编译器的区别译器的区别词法分析器词法分析器语法分析器语法分析器语义分析器语义分析器源程序源程序中间代码生成器中间代码生成器独立于机器的代码优化器独立于机器的代码优化器代码生成器代码生成器依赖于机器的代码优化器依赖于机器的代码优化器目标机器代码目标机器代码解释器不生成目标代解释器不生成目标代码，而是直接执行源码，而是直接执行源程序所指定的运算程序所指定的运算 解释器也需解释器也需要对源程序要

14、对源程序进行词法进行词法,语法和语义语法和语义分析分析,中间中间代码生成代码生成1. 1 编译器概述编译器概述 BASIC年代的解释器年代的解释器 功能：它将高级语言的源程序翻译成一种中间语功能：它将高级语言的源程序翻译成一种中间语言程序，然后对中间语言程序进行解释执行言程序，然后对中间语言程序进行解释执行 在那个年代，编译和解释两个功能是合在一个程在那个年代，编译和解释两个功能是合在一个程序中，该程序被称为解释器序中，该程序被称为解释器 Java年代的解释器年代的解释器 解释器的上述两个功能分在两个程序中解释器的上述两个功能分在两个程序中 前一个叫做编译器，它把源程序翻译成一种叫做前一个叫做

15、编译器，它把源程序翻译成一种叫做字节码的中间语言程序字节码的中间语言程序 后一个叫做解释器，它对字节码程序进行解释执后一个叫做解释器，它对字节码程序进行解释执行行1. 1 编译器概述编译器概述阶段分组阶段分组前端前端后端后端词法分析器词法分析器语法分析器语法分析器语义分析器语义分析器源程序源程序中间代码生成器中间代码生成器独立于机器的代码优化器独立于机器的代码优化器代码生成器代码生成器依赖于机器的代码优化器依赖于机器的代码优化器目标机器代码目标机器代码1. 1 编译器概述编译器概述词法分析器词法分析器语法分析器语法分析器语义分析器语义分析器源程序源程序中间代码生成器中间代码生成器独立于机器的代

16、码优化器独立于机器的代码优化器代码生成器代码生成器依赖于机器的代码优化器依赖于机器的代码优化器目标机器代码目标机器代码阶段分组阶段分组遍遍1.2 编译器技术的应用编译器技术的应用 高级语言的实现高级语言的实现 高级编程语言易于编程，但程序运行较慢高级编程语言易于编程，但程序运行较慢 低级语言编程时可实施更有效的控制方式，得到低级语言编程时可实施更有效的控制方式，得到更有效的代码，但难编写、易出错更有效的代码，但难编写、易出错、难维护难维护 流行编程语言的大多数演变都是朝着提高抽象级流行编程语言的大多数演变都是朝着提高抽象级别的方向别的方向 每一轮编程语言新特征的出现都刺激编译器优化每一轮编程语

17、言新特征的出现都刺激编译器优化的新研究的新研究1.2 编译器技术的应用编译器技术的应用 高级语言的实现高级语言的实现每一轮编程语言新特征的出现都刺激编译器优每一轮编程语言新特征的出现都刺激编译器优化的新研究化的新研究 支持用户定义的聚合数据类型和高级控制流，如支持用户定义的聚合数据类型和高级控制流，如数组和记录、循环和过程调用：数组和记录、循环和过程调用：C、Fortran 面向对象的主要概念是数据抽象和性质继承，使面向对象的主要概念是数据抽象和性质继承，使得程序更加模块化并易于维护得程序更加模块化并易于维护：Smalltalk、C+、C#、Java 类型安全的语言：类型安全的语言：Java没

18、有指针，也不允许指针没有指针，也不允许指针算术。它用无用单元收集机制来自动地释放那些算术。它用无用单元收集机制来自动地释放那些不再使用的变量占据的内存不再使用的变量占据的内存 Java设计来支持代码移植和代码移动设计来支持代码移植和代码移动1.2 编译器技术的应用编译器技术的应用 针对计算机体系结构的优化针对计算机体系结构的优化 计算机体系结构的迅速演化引起对新的编译器技计算机体系结构的迅速演化引起对新的编译器技术一种不知足的需要术一种不知足的需要 并行化并行化 编译器重新整理指令，使得指令级并行更有效编译器重新整理指令，使得指令级并行更有效 编译器从传统的串行程序自动生成并行代码，编译器从传

19、统的串行程序自动生成并行代码，使之运行于多处理器上使之运行于多处理器上 内存分层内存分层 编译器优化历来集中在优化处理器的执行上，编译器优化历来集中在优化处理器的执行上，但是现在更强调要使内存分层更有效但是现在更强调要使内存分层更有效1.2 编译器技术的应用编译器技术的应用 新计算机体系结构的设计新计算机体系结构的设计 现在计算机系统的性能不仅仅取决于它的原始速现在计算机系统的性能不仅仅取决于它的原始速度，还取决于编译器是否能生成充分利用其特征度，还取决于编译器是否能生成充分利用其特征的代码的代码 在现代计算机体系结构的研究中，在处理器的设在现代计算机体系结构的研究中，在处理器的设计阶段就开发编译器，并将编译生成的代码在模计阶段就开发编译器，并将编译生成的代码在