《編譯原理》課程教學(xué)大綱

1、編譯原理課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱（中文）編譯原理課程名稱（英文）Compiler Principles課程類別1：專業(yè)主干課課程性質(zhì)2必修授課語言3中文授課學(xué)期5學(xué)分3課程學(xué)時(shí)及分配總學(xué)時(shí)講課實(shí)驗(yàn)課外484080適用專業(yè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教材編譯原理（本科教學(xué)版）（第2版），機(jī)械工業(yè)出版社，美阿霍等著，趙建華等譯，2017年1月第1版 授課學(xué)院計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院先修課程程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、離散數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成原理后續(xù)課程無課程簡(jiǎn)介課程基本定位：編譯原理是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門理論性與實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課，以離散數(shù)學(xué)、高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成原理等作為先修課程。編譯原

2、理課程蘊(yùn)涵著復(fù)雜問題的抽象能力、解決問題的分析思路和方法等分析問題能力的培養(yǎng)。課程從計(jì)算機(jī)科學(xué)中形式語言與自動(dòng)機(jī)的基本理論出發(fā)，全面系統(tǒng)地介紹編譯系統(tǒng)程序的主要功能、設(shè)計(jì)原理和構(gòu)造方法，重點(diǎn)解決高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言翻譯器時(shí)遇到的普遍問題，而不偏向于某種源語言或目標(biāo)機(jī)器。本課程討論的概念和技術(shù)也可應(yīng)用于一般的軟件設(shè)計(jì)之中。核心學(xué)習(xí)結(jié)果：通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該掌握程序設(shè)計(jì)語言翻譯過程的基本原理、方法、技術(shù)，為學(xué)生畢業(yè)后從事復(fù)雜軟件設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)科學(xué)研究等相關(guān)工作培養(yǎng)理論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)以及實(shí)踐技能的訓(xùn)練。學(xué)習(xí)課程有利于對(duì)程序設(shè)計(jì)語言的理解，可以便于掌握新的語言工具。同時(shí)，能夠利用形式化描述工具，表示復(fù)雜問題

3、及求解過程。主要教學(xué)方法： 課堂講授+課程實(shí)驗(yàn)大綱更新時(shí)間2020年8月13日注：1.課程類別：選填“通識(shí)核心課/通識(shí)拓展課/通修課/學(xué)科基礎(chǔ)課/專業(yè)主干課/專業(yè)選修課/專業(yè)實(shí)踐/素質(zhì)拓展”2.課程性質(zhì)：選填“選修/必修”3.授課語言：選填“中文/雙語/全英文或其他語種”二、課程目標(biāo)序號(hào)課程目標(biāo)（參考培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程定位）支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1達(dá)成途徑1.1了解機(jī)器是如何理解不同語言的代碼，了解編譯過程和工作原理，了解編譯過程中用到的正則表達(dá)式、有窮自動(dòng)機(jī)、語法分析樹、詞法語法分析方法等基本概念和技術(shù)，了解基于DAG 的局部?jī)?yōu)化和循環(huán)優(yōu)化等編譯器的優(yōu)化策略等。培養(yǎng)學(xué)生解決問題時(shí)的邏輯思維

4、和推理能力；畢業(yè)指標(biāo)點(diǎn)1.1：掌握數(shù)學(xué)與自然科學(xué)的基本概念、基本理論和基本技能，領(lǐng)會(huì)數(shù)學(xué)、物理思想方法，培養(yǎng)邏輯思維和邏輯推理能力；課后作業(yè)、考試1.2讓作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生在今后編程時(shí)，更加清楚編譯的底層邏輯，了解機(jī)器是如何巧妙地一步步理解你所寫的代碼，并最終將其轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼，通過機(jī)器進(jìn)行執(zhí)行，其中針對(duì)編譯器設(shè)計(jì)提出的一些經(jīng)典算法可以在將來應(yīng)用到現(xiàn)代軟件的設(shè)計(jì)當(dāng)中，針對(duì)工程問題提出創(chuàng)新的解決方案。畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)3.4 在充分理解計(jì)算機(jī)軟硬件及系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，能夠設(shè)計(jì)針對(duì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)或開發(fā)滿足特定需求和約束條件的軟硬件系統(tǒng)、模塊或算法流程，能夠進(jìn)行模塊和系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化；畢

5、業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn) 5.2在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的建模、模擬或解決過程中，能夠使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、軟硬件及系統(tǒng)資源和研發(fā)工具，提高解決復(fù)雜工程問題的能力和效率。課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)課、考試注：1.支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：選填項(xiàng)。需要進(jìn)行專業(yè)認(rèn)證，有畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)可參照的課程必填，無明確畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)可參照的可不填。三、理論教學(xué)內(nèi)容章標(biāo)題教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)思政融入點(diǎn)1學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果2教學(xué)方式3課程目標(biāo)第一章緒論1.編譯的定義2.編譯器的結(jié)構(gòu)3.編譯過程簡(jiǎn)介2與同學(xué)交流：這門課的學(xué)習(xí)不是一件容易的事情，但這門課卻是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的特色，鼓勵(lì)學(xué)生迎難而上，直面挑戰(zhàn)。1. 了解編譯程序的起源2. 程序設(shè)計(jì)語言的發(fā)展3. 理

6、解編譯程序和解釋程序的區(qū)別4. 了解編譯程序的基本工作過程5. 理解編譯程序的基本結(jié)構(gòu)6. 掌握編譯程序各邏輯結(jié)構(gòu)的主要功能講授課程目標(biāo)1素養(yǎng)：科學(xué)素質(zhì)、社會(huì)責(zé)任第二章程序設(shè)計(jì)語言及其文法1. 語言及其文法基本概念2. 高級(jí)語言的一般特性3. 文法的分類和CFG分析樹41. 理解形式語言中語法的概念2. 了解語義的概念3. 了解高級(jí)語言的分類4. 了解高級(jí)語言的結(jié)構(gòu)5. 理解上下文無關(guān)文法6. 理解語法分析樹與二義性7. 理解形式語言的分類講授、討論課程目標(biāo)1，2素養(yǎng)：科學(xué)素質(zhì)第三章詞法分析1. 詞法分析器的功能和設(shè)計(jì)2. 正則表達(dá)式和正則定義3. 有窮自動(dòng)機(jī)及其分類、NFA到DFA的轉(zhuǎn)換、識(shí)

7、別DFA4. Lex工具的使用61. 了解詞法分析器的功能和輸出形式2. 理解詞法分析器作為一個(gè)獨(dú)立子程序3. 掌握狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖及實(shí)現(xiàn)4. 理解單詞符號(hào)的識(shí)別：超前搜索5. 掌握正則表達(dá)式與正則定義6. 掌握確定有限自動(dòng)機(jī)（DFA）7. 掌握非確定有限自動(dòng)機(jī)（NFA）8. 掌握正則文法與有限自動(dòng)機(jī)的等價(jià)性9. 掌握正則式與有限自動(dòng)機(jī)的等價(jià)性10. 掌握確定有限自動(dòng)機(jī)的化簡(jiǎn)11. 了解Lex 工具的使用方法講授、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)1，2素養(yǎng)：科學(xué)素質(zhì)第四章語法分析-自上而下分析1. 語法分析器的功能2. 自頂向下分析和LL（1）文法3. 遞歸預(yù)測(cè)分析法4. 非遞歸的預(yù)測(cè)分析法6和學(xué)生討論運(yùn)用辯證的

8、思維解決問題，抓住問題的主要方面，忽略次要方面，學(xué)會(huì)抓重點(diǎn)來解決問題。1. 了解語法分析程序的功能2. 掌握自上而下分析面臨的問題3. 掌握左遞歸的消除方法4. 掌握避免回溯、提左因子的方法5. 理解LL（1）文法的定義6. 理解遞歸下降分析程序的構(gòu)造方法7. 理解預(yù)測(cè)分析程序工作過程8. 掌握First和Follow集的計(jì)算、預(yù)測(cè)分析表的構(gòu)造9. 了解LL（1）分析中的錯(cuò)誤處理10. 理解詞法分析器作為一個(gè)獨(dú)立子程序講授、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)1，2素養(yǎng)：科學(xué)素質(zhì)第五章語法分析-自下而上分析1. 自下而上分析基本問題2. 算符優(yōu)先分析3. LR分析法4. 語法分析器的自動(dòng)產(chǎn)生工具Yacc8與學(xué)生

9、交流探討理論與實(shí)踐的關(guān)系，理論可以指導(dǎo)實(shí)踐，通過實(shí)踐可以鞏固理論知識(shí)。在遇到較難的問題面前，應(yīng)該迎難而上，多思考想辦法克服困難，做到不畏難。1. 掌握歸約的方法2. 理解符號(hào)棧的使用與語法樹的表示3. 掌握算符優(yōu)先分析算法4. 了解優(yōu)先函數(shù)5. 了解算符優(yōu)先分析中的出錯(cuò)處理6. 理解LR 分析器的工作方法7. 掌握LR（0）項(xiàng)目集族和LR（0）分析表的構(gòu)造8. 掌握SLR 分析表的構(gòu)造9. 了解Yacc 工具的使用講授、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)1，2素養(yǎng)：科學(xué)素質(zhì)第六章語義分析、語法制導(dǎo)翻譯及中間代碼生成1. 屬性文法2. 翻譯模式3. 語義處理4. 語法制導(dǎo)翻譯5. 中間代碼6. 簡(jiǎn)單賦值語句的翻

10、譯7. 數(shù)組的翻譯8. 布爾表達(dá)式和控制結(jié)構(gòu)的翻譯61. 了解基于屬性文法的處理方法2. 理解屬性的依賴圖和屬性計(jì)算方法3. 了解S-屬性文法的自下而上計(jì)算4. 了解L-屬性文法和自頂向下翻譯5. 理解自頂向下翻譯及常見語言的翻譯及中間代碼表示6. 了解遞歸下降翻譯器的設(shè)計(jì)理解符號(hào)棧的使用與語法樹的表示7. 理解后綴式、圖表示法、三地址代碼的中間代碼表示方法8. 掌握四元式的表示方法9. 理解說明語句的翻譯方法10. 理解賦值語句的翻譯11. 理解簡(jiǎn)單算術(shù)表達(dá)式及賦值語句12. 理解數(shù)組元素的引用13. 掌握控制結(jié)構(gòu)中的布爾式翻譯14. 理解簡(jiǎn)單控制語句的翻譯講授、討論、案例、習(xí)題課程目標(biāo)1，

11、2素養(yǎng)：科學(xué)素質(zhì)第七章符號(hào)表的組織與管理1. 理解符號(hào)表的構(gòu)成0掌握符號(hào)表的構(gòu)造與組織自學(xué)課程目標(biāo)1，2素養(yǎng)：科學(xué)素質(zhì)第八章運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)空間組織1. 目標(biāo)程序運(yùn)行時(shí)的活動(dòng)2. 存儲(chǔ)分配策略41. 了解過程（函數(shù)）的活動(dòng)2. 理解參數(shù)傳遞基本過程3. 了解運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)器的劃分4. 理解活動(dòng)記錄5. 了解靜態(tài)存儲(chǔ)分配6. 理解簡(jiǎn)單的棧式存儲(chǔ)分配7. 理解C 的活動(dòng)記錄及函數(shù)調(diào)用、函數(shù)進(jìn)入、數(shù)組空間分配和過程返回8. 了解嵌套過程語言的棧式實(shí)現(xiàn)9. 了解堆式動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配講授、演示、習(xí)題課程目標(biāo)1，2素養(yǎng)：科學(xué)素質(zhì)第九章 優(yōu)化1. 什么是優(yōu)化2. 局部?jī)?yōu)化3. 循環(huán)優(yōu)化41. 理解局部?jī)?yōu)化的基本方案2.

12、掌握基本塊的DAG 表示及其應(yīng)用3. 了解循環(huán)優(yōu)化、代碼外提、強(qiáng)度削弱、刪除歸納變量等常用局部?jī)?yōu)化方法講授、演示、習(xí)題課程目標(biāo)1，2素養(yǎng)：科學(xué)素質(zhì)注：1.思政融入點(diǎn)：至少寫3條，簡(jiǎn)述該課程教學(xué)中將思政教育內(nèi)容與專業(yè)教育內(nèi)容有機(jī)融合的知識(shí)點(diǎn)（下同）。 2.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果：描述學(xué)生在學(xué)完本節(jié)內(nèi)容后應(yīng)獲得的知識(shí)、能力或素養(yǎng)水平（下同） 3.教學(xué)方式:包括講授、討論、案例、演示等，但不限于所列，根據(jù)課程實(shí)際需要列舉四、實(shí)踐（實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)）教學(xué)1編號(hào)實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)項(xiàng)目名稱教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)類型2思政融入點(diǎn)學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果課程目標(biāo)1詞法分析程序的實(shí)現(xiàn)編程實(shí)現(xiàn)詞法分析過程：1) 按規(guī)則拼單詞，并轉(zhuǎn)換成二元式

13、形式2) 刪除注釋行3) 刪除多余的空格、回車符、制表符4) 列表打印源程序，按照源程序的行打印，在每行的前面加上行號(hào)，并且打印出每行包含的記號(hào)的二元形式，填寫并生成符號(hào)表5) 發(fā)現(xiàn)并定位錯(cuò)誤4設(shè)計(jì)型1) 理解應(yīng)用DFA 表示高級(jí)語言源程序的單詞構(gòu)成；2) 深刻領(lǐng)會(huì)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的含義，逐步理解有限自動(dòng)機(jī)；3) 掌握手工生成詞法分析器的方法，了解詞法分析器的內(nèi)部工作原理。課程目標(biāo)1，2素養(yǎng)：科學(xué)素質(zhì)、團(tuán)隊(duì)合作2語法分析程序的實(shí)現(xiàn)1）設(shè)計(jì)合適的文法的規(guī)則存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)；2）利用語法分析程序模擬文法的推導(dǎo)句子的基本過程。4設(shè)計(jì)型1) 理解高級(jí)語言語法的表示工具上下文無關(guān)文法；2) 深刻領(lǐng)會(huì)規(guī)則的含義，并能夠

14、利用遞歸程序或者其他相關(guān)算法模擬推導(dǎo)/規(guī)約的過程；3) 掌握手工生成語法分析器的方法，了解語法分析器的內(nèi)部工作原理。課程目標(biāo)1，2素養(yǎng)：科學(xué)素質(zhì)、團(tuán)隊(duì)合作注：1.此表可用于課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)或某門綜合實(shí)踐課程2.實(shí)驗(yàn)類型：選填”驗(yàn)證性/綜合性/設(shè)計(jì)性”；實(shí)習(xí)類型：選填“認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)/生產(chǎn)實(shí)習(xí)/畢業(yè)實(shí)習(xí)”五、課程評(píng)價(jià)（一）考核內(nèi)容、考核方式與課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)考核內(nèi)容課程目標(biāo)在各考核方式中占比1平時(shí)作業(yè)實(shí)驗(yàn)期中考試期末考試1.1編譯過程和編譯程序的結(jié)構(gòu)，文法的構(gòu)造，非確定有限自動(dòng)機(jī)的確定化和最小化，正規(guī)表達(dá)式與有限自動(dòng)機(jī)的等價(jià)性，消除文法的左遞歸和回溯，算符優(yōu)先分析表和優(yōu)先函數(shù)的構(gòu)造，屬性的計(jì)算

15、，翻譯模式的構(gòu)造，說明語句、賦值語句、布爾表達(dá)式和控制語句等的翻譯，名字的作用范圍和運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)空間的分配，基于DAG 的局部?jī)?yōu)化和循環(huán)優(yōu)化等。50%40%60%60%1.2編譯過程中用到的經(jīng)典算法，如子集構(gòu)造法、遞歸和非遞歸的預(yù)測(cè)分析法、LR語法分析算法等。熟練應(yīng)用這些方法進(jìn)行語法分析和推導(dǎo)。50%60%40%40%合計(jì)100%100%100%100%各考核方式占總成績(jī)權(quán)重（自行賦值）10%10%20%60%注：1. 課程目標(biāo)在考核方式及占比：主要根據(jù)課程目標(biāo)自行設(shè)計(jì)和制定多元化考核方式，表中所列僅為參考（紅色數(shù)據(jù)可刪除）。但所列考核方式必須覆蓋全體學(xué)生，可根據(jù)當(dāng)學(xué)期具體教學(xué)情況酌情調(diào)整。2.

16、 各考核方式占總成績(jī)權(quán)重：根據(jù)課程實(shí)際情況對(duì)各考核方式占總成績(jī)的權(quán)重予以賦值。（二）考核方式評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)1課程作業(yè)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)占比90-100（優(yōu)）80-89（良）70-79（中）60-69（及格）0-59（不及格）1.1 正確完成基本上所有習(xí)題和實(shí)驗(yàn)。較好地完成大部分習(xí)題和實(shí)驗(yàn)。完成了大部分習(xí)題和實(shí)驗(yàn)、有一些明顯的錯(cuò)漏完成了大部分習(xí)題和實(shí)驗(yàn)、有較多明顯的錯(cuò)漏僅完成小部分習(xí)題和實(shí)驗(yàn)、并有很多明顯的錯(cuò)漏50%1.2正確運(yùn)用所學(xué)算法進(jìn)行文法分析能正確運(yùn)用所學(xué)的大部分算法進(jìn)行文法分析能運(yùn)用所學(xué)大部分的算法進(jìn)行文法分析，有一些錯(cuò)誤能運(yùn)用所學(xué)算法進(jìn)行少部分的文法分析，有較多明顯的錯(cuò)誤無法或很少量

17、可以運(yùn)用所學(xué)算法進(jìn)行文法分析50%2期中/期末考試評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（筆試類評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)可在大綱中按以下格式予以說明，也可在通過“試卷分析表”予以說明）課程目標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)占比90-100（優(yōu)）80-89（良）70-79（中）60-69（及格）0-59（不及格）1.1掌握所有基本概念和知識(shí)點(diǎn)、理解其含義較好地掌握基本概念和知識(shí)點(diǎn)、基本理解其含義、略有出錯(cuò)部分掌握基本概念和知識(shí)點(diǎn)、大致理解其含義、有一些明顯的錯(cuò)漏對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)未完全理解、基本概念不清僅掌握了很少量的基本概念和知識(shí)點(diǎn)、解題思路混亂60%1.2能夠針對(duì)不同文法，熟練運(yùn)用編譯器的不同算法對(duì)其進(jìn)行分析能夠針對(duì)大部分文法，正確運(yùn)用編譯器的不同算法對(duì)其進(jìn)行分析能夠針對(duì)基本的一些文法，正確運(yùn)用編譯器的不同算法對(duì)其進(jìn)行分析能夠針對(duì)較少量文法，運(yùn)用編譯器的少數(shù)算法對(duì)其進(jìn)行