編譯原理課件

編譯方法第一章引論江西財經(jīng)大學信息管理學院介紹程序設(shè)計語言編譯程序構(gòu)造的基本原理和基本實現(xiàn)技術(shù)領(lǐng)悟計算機理論的精髓，從實現(xiàn)的角度重新審視軟件的開發(fā)江西財經(jīng)大學信息管理學院編譯理論與方法計算機科學與技術(shù)中理論和實踐相結(jié)合的最好典范

ACM圖靈獎，授予在計算機技術(shù)領(lǐng)域作出突出貢獻的科學家自1966年以來（截止2014年）的所有圖靈獎獲得者中，有近1/3的科學家是因為在程序設(shè)計語言和編譯方面的成就而獲得該項獎勵程序設(shè)計語言和編譯的發(fā)展集中體現(xiàn)了計算機科學發(fā)展的重要成果與精華計算機應用能發(fā)展到今天，編譯技術(shù)的發(fā)展有著極其重要的、不可替代的作用江西財經(jīng)大學信息管理學院整個20世紀50年代，編譯程序的編寫一直被認為是一個難題，第一個FORTRAN語言(1954年)編譯程序整整花了18年才得以實現(xiàn)。江西財經(jīng)大學信息管理學院源語言程序目標語言程序翻譯程序翻譯一、什么是編譯程序翻譯程序把某一種語言程序(稱為源語言程序)等價地轉(zhuǎn)換成另一種語言程序(稱為目標語言程序)的程序江西財經(jīng)大學信息管理學院高級語言程序機器語言程序結(jié)果編譯程序翻譯運行一、什么是編譯程序編譯程序(compiler)

把某一種高級語言程序等價地轉(zhuǎn)換成另一種低級語言程序(如匯編語言或機器語言程序)的程序診斷編譯程序 優(yōu)化編譯程序交叉編譯程序 可變目標編譯程序江西財經(jīng)大學信息管理學院一、什么是編譯程序解釋程序把源語言寫的源程序作為輸入，但不產(chǎn)生目標程序，而是邊解釋邊執(zhí)行源程序本身源程序結(jié)果解釋程序解釋執(zhí)行江西財經(jīng)大學信息管理學院編譯程序vs.解釋程序編譯解釋江西財經(jīng)大學信息管理學院兩種翻譯方式的比較解釋方式和編譯方式的主要區(qū)別是：目標代碼的執(zhí)行方式不同，基本原理和方法沒有本質(zhì)上的區(qū)別。1）解釋方式的優(yōu)點（編譯方式的缺點）提供一種直接的交互調(diào)試功能，易獲得較好的動態(tài)調(diào)試效果。使用變量可不預先定義。變量性質(zhì)可動態(tài)修改。2）解釋方式的缺點（編譯方式的優(yōu)點）在執(zhí)行時需動態(tài)地對程序進行分析翻譯，開銷大，其執(zhí)行速度相當于編譯方式的1/10至1/100。解釋方式占用內(nèi)存大。對任何一種高級語言，既可采用編譯方式，也可采用解釋方式，包括匯編語言在內(nèi)（MASM方式和DEBUG方式）。江西財經(jīng)大學信息管理學院在編譯的每個階段都有可能發(fā)現(xiàn)錯誤，最簡單的處理是：終止編譯程序工作，指出錯誤的地點和類型。目前有些高級語言的翻譯程序同時具有解釋和編譯兩種功能，在調(diào)試時采用解釋方式，調(diào)試過程中若發(fā)現(xiàn)錯誤，翻譯程序立即暫停工作，并用特殊記號指示當前錯誤的位置；當調(diào)試完成后，可利用翻譯程序的編譯功能，將源程序翻譯成機器碼程序。機器碼程序通常存放在擴展名為.exe的文件中，它可在操作系統(tǒng)環(huán)境下脫離翻譯程序直接運行。江西財經(jīng)大學信息管理學院二、編譯過程把英文翻譯為中文

識別出句子中的一個個單詞；分析句子的語法結(jié)構(gòu)；根據(jù)句子的含義進行初步翻譯；對譯文進行修飾；寫出最后的譯文。詞法分析語法分析中間代碼產(chǎn)生優(yōu)化目標代碼產(chǎn)生江西財經(jīng)大學信息管理學院二、編譯過程編譯程序的工作一般分為五個階段:詞法分析語法分析中間代碼產(chǎn)生（語義分析）優(yōu)化目標代碼產(chǎn)生江西財經(jīng)大學信息管理學院1.詞法分析任務(wù):輸入源程序，對構(gòu)成源程序的字符串進行掃描和分解，識別出一個個單詞符號。依循的原則：構(gòu)詞規(guī)則描述工具：有限自動機FORi:=1TO100DO

保留字標識符等符整常數(shù)保留字整常數(shù)保留字江西財經(jīng)大學信息管理學院2.語法分析任務(wù):在詞法分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)語言的語法規(guī)則把單詞符號串分解成各類語法單位。依循的原則：語法規(guī)則描述工具：上下文無關(guān)文法Z:=X+0.618*Y

算術(shù)表達式，賦值語句江西財經(jīng)大學信息管理學院3.中間代碼產(chǎn)生（語義分析）任務(wù):對各類不同語法范疇按語言的語義進行初步翻譯。依循的原則：語義規(guī)則中間代碼:三元式、四元式、語法樹、后綴式等Z:=X+0.618*Y翻譯成四元式為

(1)*0.618YT1 (2)+XT1T2 (3):=T2_Z江西財經(jīng)大學信息管理學院4.優(yōu)化任務(wù)：對于前階段產(chǎn)生的中間代碼進行加工變換，以期在最后階段產(chǎn)生更高效的目標代碼。依循的原則：程序的等價變換規(guī)則FORK:=1TO100DOBEGINX:=I+1;M:=I+10*K;N:=J+10*K;END江西財經(jīng)大學信息管理學院中間代碼（一）序號 OPR OPN1 OPN2RESULT注釋 (1) := 1 KK:=1 (2) j< 100 K (10)if(100<K)goto(10)(3) + I 1 X X:=I+1 (4) * 10 K T1 T1:=10*K(5) + I T1 M M:=I+T1 (6) * 10 K T2 T2:=10*K(7) + J T2 N N:=J+T2 (8) + K 1 K K:=K+1 (9) j (2) goto(2)(10) 400次加法200次乘法江西財經(jīng)大學信息管理學院轉(zhuǎn)換后的等價代碼（二）序號 OPR OPN1 OPN2 RESULT 注釋 (1) + I 1 X X:=I+1 (2) := I M M:=I (3) := J N N:=J (4) := 1 K K:=1 (5) j< 100 K (10) if(100<K)goto(10)(6) + M 10 M M:=M+10 (7) + N 10 N N:=N+10 (8) + K 1 K K:=K+1 (9) j (5) goto(5) (10) 301次加法江西財經(jīng)大學信息管理學院5.目標代碼產(chǎn)生任務(wù):把中間代碼變換成特定機器上的目標代碼。依賴于硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和機器指令的含義目標代碼三種形式:絕對指令代碼:可直接運行可重新定位指令代碼:需要連接裝配匯編指令代碼:需要進行匯編江西財經(jīng)大學信息管理學院模塊A…a模塊B…b模塊C…c模塊A…a模塊B…b模塊C…c模塊A…a模塊B…b模塊C…c江西財經(jīng)大學信息管理學院

例，表達式3*16+2值的實現(xiàn)（機器語言程序、匯編語言程序和C++語言程序表示）。22038210260261011000f000LoadR0,#3MulR0,#10LoadR1,#2AddR0,R1WriteR0Haltvoidmain(void){cout<<3*16+2;}注：十六進制，10H表示16D

5.目標代碼產(chǎn)生江西財經(jīng)大學信息管理學院三、編譯程序結(jié)構(gòu)1.編譯程序總框江西財經(jīng)大學信息管理學院四元式單詞符號語法單位四元式目標代碼詞法分析器語法分析器語義分析與中間代碼生成器優(yōu)化段源程序表格管理出錯處理目標代碼生成器江西財經(jīng)大學信息管理學院2.表格和表格管理常見的表格:符號名表，常數(shù)表，標號表，過程引用表。格式:名字信息江西財經(jīng)大學信息管理學院例:PASCAL程序段：PROCEDUREINCWAP(M，N:INTEGER);LABELSTART;VARK:INTEGER;BEGINSTART:K:=M+1; M:=N+4; N:=K;END.江西財經(jīng)大學信息管理學院PROCEDUREINCWAP(M，N:INTEGER);LABELSTART;VARK:INTEGER;BEGINSTART:K:=M+1; M:=N+4; N:=K;END.江西財經(jīng)大學信息管理學院PROCEDUREINCWAP(M，N:INTEGER);LABELSTART;VARK:INTEGER;BEGINSTART:K:=M+1; M:=N+4; N:=K;END.江西財經(jīng)大學信息管理學院PROCEDUREINCWAP(M，N:INTEGER);LABELSTART;VARK:INTEGER;BEGINSTART:K:=M+1; M:=N+4; N:=K;END.江西財經(jīng)大學信息管理學院PROCEDUREINCWAP(M，N:INTEGER);LABELSTART;VARK:INTEGER;BEGINSTART:K:=M+1; M:=N+4; N:=K;END.江西財經(jīng)大學信息管理學院江西財經(jīng)大學信息管理學院PROCEDUREINCWAP(M，N:INTEGER);LABELSTART;VARK:INTEGER;BEGINSTART:K:=M+1; M:=N+4; N:=K;END.江西財經(jīng)大學信息管理學院3.出錯處理出錯處理程序：發(fā)現(xiàn)源程序中的錯誤，把有關(guān)錯誤信息報告給用戶語法錯誤語義錯誤江西財經(jīng)大學信息管理學院4.遍(pass)所謂"遍"，就是對源程序或源程序的中間表示從頭到尾掃描一次。階段與遍是不同的概念。一遍可以由若干段組成，一個階段也可以分若干遍來完成。江西財經(jīng)大學信息管理學院5.

編譯前端與后端編譯前端：與源語言有關(guān)，如詞法分析，語法分析，語義分析與中間代碼產(chǎn)生，與機器無關(guān)的優(yōu)化編譯后端：與目標機有關(guān)，與目標機有關(guān)的優(yōu)化，目標代碼產(chǎn)生優(yōu)點：減少對內(nèi)存容量的要求，程序邏輯結(jié)構(gòu)清晰;優(yōu)化更充分，有利于移植。不足:編譯程序運行的效率低源語言中間語言目標語言前端后端江西財經(jīng)大學信息管理學院四、編譯程序與程序設(shè)計環(huán)境

程序設(shè)計環(huán)境編輯程序編譯程序連接程序調(diào)試工具集成化的程序設(shè)計環(huán)境江西財經(jīng)大學信息管理學院五、編譯程序生成以匯編語言和機器語言為工具優(yōu)點:可以針對具體的機器，充分發(fā)揮計算機的系統(tǒng)功能。生成的程序效率高。缺點:程序難讀、難寫、易出錯、難維護、生產(chǎn)的效率低。江西財經(jīng)大學信息管理學院五、編譯程序生成高級語言書寫優(yōu)點:程序易讀、易理解、容易維護、生產(chǎn)的效率高。缺點:難以充分發(fā)揮計算機的系統(tǒng)功能，生成的程序效率低。江西財經(jīng)大學信息管理學院五、編譯程序生成高級語言書寫利用已有的某種語言的編譯程序?qū)崿F(xiàn)另一語言的編譯程序。L1語言A代碼P1:A代碼L2語言A代碼P2:L1語言L2語言A代碼P2:A代碼同一臺機器不同的語言江西財經(jīng)大學信息管理學院五、編譯程序生成

移植方法把一種機器上的編譯程序移植到另一種機器上。L語言A代碼P1:A代碼L語言B代碼P2:L語言L語言B代碼P2:A代碼L語言B代碼P2:L語言L語言B代碼P2:B代碼同一種語言不同的機器江西財經(jīng)大學信息管理學院L1+L2+...+Ln…L1+L2五、編譯程序生成自展技術(shù)L1江西財經(jīng)大學信息管理學院五、編譯程序生成編譯程序自動產(chǎn)生編譯程序-編譯程序，編譯程序書寫系統(tǒng)LEX詞法分析程序產(chǎn)生器YACC語法分析程序產(chǎn)生器編譯程序自動產(chǎn)生器L語言的語法描述語義描述目標語言或機器描述L語言的編譯程序江西財經(jīng)大學信息管理學院六、關(guān)于學習編譯原理

構(gòu)造編譯程序的前提掌握源語言掌握目標語言掌握編譯方法江西財經(jīng)大學信息管理學院六、關(guān)于學習編譯原理意義學習編譯程序構(gòu)造的原理、方法、技術(shù)更好地理解高級語言編譯的原理和方法有助于構(gòu)造一些實用的工具培養(yǎng)計算思維，提