编译原理要点课件

编译原理要点课件编译原理概述词法分析语法分析语义分析与中间代码生成代码优化与目标代码生成运行时存储组织与代码动态生成contents目录编译原理概述CATALOGUE01编译原理是研究如何将高级语言程序转换为可执行程序的一门学科。定义编译原理在计算机科学中扮演着重要角色，它使得程序员可以使用更易于理解和编写的高级语言进行程序开发，而无需关注底层计算机硬件的细节。意义编译原理的定义与意义编译器编译器会将整个源程序翻译成目标程序，然后执行目标程序。这种方式的优点是执行速度快，缺点是编译过程需要时间，且一旦源程序修改，需要重新编译。解释器解释器则是一行一行地读取源程序并立即执行。这种方式的优点是无需预先编译，修改源程序后立即生效，缺点是执行速度相对较慢。编译器与解释器的区别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编译过程的基本步骤将源程序拆分成由关键字、标识符、常数、运算符等组成的语法单位（即token）。根据语法规则，将token组合成抽象语法树（AST）。检查AST是否符合语言的语义规则，并进行类型检查等。将AST转换为中间代码，以便进行后续的优化和代码生成。对中间代码进行优化，提高目标程序的执行效率。将优化后的中间代码转换为目标机器代码，形成可执行程序。词法分析CATALOGUE02词法分析器是编译器的前端，主要负责对源代码进行扫描，将其分解成一系列的单词或记号，同时过滤掉源代码中的注释和空白符等无用信息，生成一个单词序列供后续语法分析使用。功能词法分析器通常由两部分组成，即扫描器（Scanner）和词法分析表（Lexicon）。其中，扫描器负责读取源代码并识别出各个单词，而词法分析表则定义了程序语言中所有合法的单词形式及其属性。组成词法分析器的功能和组成VS正则表达式是一种用来描述文本模式的强大工具，它可以表示一些简单的字符串匹配规则，如匹配某个特定的字符、匹配一个字符集合、匹配重复出现的字符等。通过将不同的正则表达式组合起来，可以描述更为复杂的文本模式。有限自动机有限自动机（FiniteAutomaton，简称FA）是一种用来进行字符串匹配的抽象机器。它包括一个有限的状态集合、一个起始状态、一组接受状态以及一个状态转移函数。有限自动机可以识别某个特定的字符串是否匹配某个给定的模式。正则表达式正则表达式与有限自动机手工编写扫描器即直接编写代码来实现扫描器。这种方法灵活性较高，但工作量大，易出错，且难以维护。扫描器生成器扫描器生成器是一种用来自动产生扫描器的工具。用户只需要编写相应的正则表达式，扫描器生成器就可以自动生成相应的扫描器代码。这种方法大大减轻了编写扫描器的工作量，提高了工作效率。常用的扫描器生成器有Lex、Flex等。基于有限自动机的实现方法词法分析器也可以看作是一个有限自动机，因此可以使用有限自动机的理论来实现词法分析器。这种方法需要对有限自动机的理论和算法有较深的理解，实现难度较大。词法分析器的实现方法语法分析CATALOGUE03语法分析是编译过程中的核心环节，其主要功能是根据语言的语法规则对输入的源代码进行检查和分析，以确保其语法正确性，为后续的语义分析和代码生成提供基础。语法分析器通常由词法分析器、语法分析器、符号表、错误处理器等几部分组成。其中，词法分析器负责将源代码转换为单词序列，语法分析器则根据语法规则对单词序列进行结构分析，符号表用于记录源代码中的标识符信息，错误处理器则负责对源代码中出现的错误进行处理和报告。功能组成语法分析器的功能和组成上下文无关文法上下文无关文法是描述程序语言语法的有效工具，由一组产生式规则组成，用于推导语言的合法句子。其特点是在文法的产生式中，左部只有一个非终结符，右部则是由非终结符和终结符组成的序列。语法分析树语法分析树是语法分析过程的重要产物，它以一种树形结构表达了源代码的语法结构。树上的每个节点都对应着一条产生式的左部或右部，叶子节点对应着终结符，而非叶子节点对应着非终结符。通过语法分析树，可以清晰地看出源代码的层次结构和各成分之间的关系。上下文无关文法与语法分析树LL(1)分析算法LL(1)分析算法是一种自顶向下的语法分析方法，其基本思想是为每个非终结符设计一个递归子程序，通过调用这些子程序来完成语法分析任务。LL(1)分析算法具有简单、直观、易于实现等优点，但对于某些复杂的语法结构可能会存在分析困难。要点一要点二递归下降分析算法递归下降分析算法也是一种自顶向下的语法分析方法，与LL(1)算法不同的是，它不需要构造预测分析表，而是直接通过一组递归函数来进行语法分析。递归下降分析算法在处理某些复杂的语法结构时可能比LL(1)算法更加灵活，但也可能存在左递归等问题需要解决。LL(1)分析算法与递归下降分析算法语义分析与中间代码生成CATALOGUE04语义分析的任务对语法分析树进行语义检查，确保源程序的语义是合法的，即检查源程序是否含有静态语义错误。同时，进行语言定义的语义动作，如类型检查、控制流检查、函数调用检查等。语义分析的功能主要包括类型检查、控制流检查、函数调用检查、语义错误处理和中间代码生成等。通过这些功能，编译器能够确保程序的正确性，同时生成高效的目标代码。语义分析的任务和功能在语义分析中，类型检查是一个重要的环节。编译器需要检查程序中变量的类型、函数的返回类型等是否匹配语言规则，以确保程序的类型安全。类型检查可以有效地防止程序在运行时出现类型错误，提高程序的稳定性。类型检查在编译过程中，源程序可能包含各种语义错误，如变量未声明、函数参数不匹配、类型不匹配等。编译器需要在语义分析阶段发现并处理这些错误，防止程序在运行时出现问题。处理方式通常包括报错、警告和修复建议等。语义错误处理类型检查与语义错误处理中间代码的形式中间代码是编译器在源程序和目标代码之间生成的代码。它通常是一种抽象级别适中的代码，便于进行各种优化操作。中间代码的形式取决于编译器的设计和目标平台，常见的中间代码形式有三地址码、静态单赋值形式（SSA）等。中间代码的生成方法在语义分析阶段，编译器会根据语言规则和语义动作生成相应的中间代码。生成方法通常包括基于语法树的遍历和转换、基于模式匹配的代码生成等。生成中间代码时，编译器需要确保生成的代码保持源程序的语义，同时便于后续的优化和目标代码生成。中间代码的形式与生成方法代码优化与目标代码生成CATALOGUE05提高程序的执行效率，减少程序占用的空间和执行时间。目的通过一系列优化技术，改进目标代码的性能，同时保持程序语义不变。常用的优化技术包括删除无用代码、常量折叠、公共子表达式消除、控制流优化等。方法代码优化的目的和方法局部优化在程序的一个基本块或单个函数内进行的优化，不考虑其他部分的影响。例如，在一个基本块内，通过数据流分析，将变量值直接替换为其计算结果，减少冗余计算。全局优化跨越多个基本块或函数的优化，考虑程序的整体性能。全局优化通常需要更复杂的分析技术，如循环优化、内联函数、全局常量传播等。局部优化与全局优化形式目标代码可以是汇编语言、机器语言或其他中间表示形式。目标代码的选择取决于编译器设计目标、目标平台和应用程序需求。要点一要点二生成方法目标代码的生成通常分为两个阶段：代码选择与指令选择。在代码选择阶段，编译器根据程序的控制流和数据流信息，选择合适的代码序列。在指令选择阶段，编译器将选择的代码序列映射为具体的机器指令，生成最终的目标代码。此外，还可以采用寄存器分配、代码调度等技术，进一步提高目标代码的执行效率。目标代码的形式与生成方法运行时存储组织与代码动态生成CATALOGUE06活动记录内容包括局部变量、临时变量、参数、返回地址以及用于动态链接的信息等。运行时存储组织运行时存储组织主要关注程序执行时数据的存放方式和访问方式，包括栈式存储、堆式存储和静态存储。活动记录定义活动记录（ActivationRecord）是用于支持过程或函数调用的一种数据结构，存储了调用过程中的各种信息。活动记录与运行时存储组织01在程序运行时，根据需要动态地分配存储空间，以满足不同数据结构和对象的需求。动态存储分配02自动管理内存的过程，包括自动回收不再被程序使用的内存空间，以防止内存泄漏。垃圾收集03常见的垃圾收集算法有引用计数法、标记-清除法、复制收集法和分代收集法等。垃圾收集算法动态存储分配与垃圾收集动态链接动态链接库代码动态生成代码动态生成技术动态链接与代码动