编译原理-陈火旺版-第一章

编译原理-陈火旺版-第一章目录引言语言及其文法描述词法分析语法分析语义分析与中间代码生成优化与目标代码生成01引言0102编译原理概述编译原理涉及到语言理论、算法设计、程序优化等多个方面，是计算机科学的核心课程之一。编译原理是计算机科学的一个重要分支，研究如何将高级语言程序翻译成等价的机器语言程序的理论和方法。03编译器还可以对程序进行优化，提高程序的性能和质量。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。编译器的作用与重要性将输入的源程序分解成一个个的单词符号，即词法单元。词法分析语法分析语义分析根据语言的语法规则，将单词符号组合成各类语法单位，如表达式、语句等。检查源程序有无语义错误，为代码生成阶段收集类型信息。030201编译过程简介将源程序翻译成一种内部表示形式，即中间代码。中间代码生成对中间代码进行等价变换，以期在最终生成的目标代码中提高运行效率。代码优化将中间代码转换成目标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。目标代码生成编译过程简介记录源程序中各种名字的特性信息，以辅助语义的正确性检查和代码生成。当源程序中有语法错误或语义错误时，编译器应报告出错的性质和出错的位置。编译过程简介出错处理符号表管理02语言及其文法描述程序设计语言的定义01程序设计语言是用于编写计算机程序的语言，具有严格的语法和语义规则。程序设计语言的分类02根据语言级别和应用领域，程序设计语言可分为低级语言（如汇编语言）和高级语言（如C、Java等）。程序设计语言的发展03从机器语言到汇编语言，再到高级语言，程序设计语言经历了不断抽象和发展的过程。程序设计语言概述文法是描述语言结构的规则集合，由一组产生式构成。文法的定义根据产生式类型和规则限制，文法可分为0型文法（无限制文法）、1型文法（上下文有关文法）、2型文法（上下文无关文法）和3型文法（正规文法）。文法的分类每种文法都对应一种语言，不同的文法可以描述不同的语言结构。文法与语言的关系文法及其分类上下文无关文法的性质上下文无关文法具有递归性和封闭性，能够描述大多数程序设计语言的语法结构。上下文无关文法的应用上下文无关文法广泛应用于编译器设计、自然语言处理等领域，是计算机科学中的重要概念。上下文无关文法的定义上下文无关文法是一种2型文法，其产生式的左部是一个非终结符，右部是由终结符和非终结符组成的序列。上下文无关文法03词法分析词法分析的任务从左到右扫描源程序的字符流，识别出一个个的单词符号，把作为字符串的源程序改造成为单词符号串的中间程序单词符号的种类基本字、标识符、常数、运算符、界符词法分析器的作用作为语法分析程序的子程序，每当语法分析程序需要一个单词符号时，它就调用词法分析程序，从输入的源程序中识别出一个单词符号供语法分析程序使用词法分析概述正则表达式与有限自动机对于每一个正则表达式，都存在一个有限自动机识别它所表示的语言；反之，对于每一个有限自动机，也存在一个正则表达式表示它所识别的语言正则表达式与有限自动机的关系描述单词符号的一种重要表示工具，使用正则表达式可以方便地描述词法分析器所识别的各种单词符号正则表达式识别正则语言的一种有效工具，可以作为词法分析器的数学模型有限自动机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。词法分析器的构造04语法分析语法分析的任务语法分析器的功能语法错误的处理语法分析概述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构。接收一个由单词符号组成的输入序列，根据语言的语法规则，判断输入序列是否为一个合法的句子，并输出相应的语法结构信息。当输入序列不符合语法规则时，语法分析器应能够发现并报告错误，同时提供可能的错误位置和性质。自顶向下分析算法从文法的开始符号出发，根据产生式规则逐步推导出输入序列。这种算法通常采用预测或回溯技术来处理分析过程中的不确定性。自底向上分析算法从输入序列的末端开始，逐步将输入符号归约到文法的开始符号。这种算法通常采用移进-归约技术，通过构造一个分析栈来模拟归约过程。图表分析算法同时采用自顶向下和自底向上的分析策略，构造一个包含所有可能推导的分析图，然后根据输入序列在图中寻找一个成功的路径。上下文无关文法的分析算法010203语法分析器的设计根据所选用的分析算法，设计相应的数据结构和分析流程，实现语法分析器的功能。语法错误的检测与恢复在语法分析过程中，当检测到输入序列不符合语法规则时，应能够准确地报告错误位置，并提供可能的错误恢复策略，以便用户能够修正错误并继续进行分析。语法分析器的优化针对特定语言和应用场景，对语法分析器进行优化，提高分析效率和准确性。例如，可以采用启发式搜索策略来减少分析过程中的回溯次数，或者利用静态分析技术来提前发现潜在的语法错误。语法分析器的构造05语义分析与中间代码生成检查源程序在语法上正确后是否满足语言的语义规定，并进行类型检查和转换等。语义分析的任务包括属性文法、语法制导翻译和抽象语法树等。语义分析的方法当发现源程序有语义错误时，应报告错误的性质和出错的位置。语义错误的处理语义分析概述中间代码的概念中间代码是一种介于源程序和目标程序之间的内部表示形式，具有便于优化和目标代码生成的特点。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。中间代码生成方法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。符号表的作用常见的符号表组织方式有线性表、散列表和树形结构等。符号表的组织方式根据标识符的名称，在符号表中查找相应的属性信息。常见的查找算法有顺序查找、折半查找和哈希查找等。符号表的查找算法符号表管理06优化与目标代码生成123优化是编译器的重要组成部分，它通过改进程序的性能、减少程序的大小或提高程序的可靠性来提高目标代码的质量。优化的定义编译器可以进行不同级别的优化，包括源代码级优化、中间代码级优化和目标代码级优化。优化的级别优化的目标可以是减少程序的执行时间、减少程序占用的存储空间、提高程序的可靠性或提高程序的兼容性。优化的目标优化概述常量折叠在编译时计算常量表达式的值，并用计算结果替换表达式。复制传播将变量的值直接复制到使用它的地方，从而消除不必要的变量和加载操作。死代码删除删除程序中永远不会被执行到的代码。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。基本优化技术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。机器无关代码生成直接生成特定机器上的目标