編譯原理復(fù)習(xí)總結(jié)-東北大學(xué)

編譯原理復(fù)習(xí)總結(jié)-東北大學(xué)Contents目錄引言語言和文法詞法分析語法分析語義分析和中間代碼生成優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成課程總結(jié)與展望引言0103編譯程序的結(jié)構(gòu)包括前端和后端的組成及其功能。01編譯原理的基本概念介紹了編譯程序、解釋程序、源代碼、目標(biāo)代碼等基本概念。02編譯過程及其五個階段詞法分析、語法分析、語義分析、中間代碼生成、代碼優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成。課程回顧123通過復(fù)習(xí)，進(jìn)一步理解編譯原理的基本概念和原理，為后續(xù)學(xué)習(xí)和實(shí)踐打下基礎(chǔ)。加深對編譯原理的理解通過學(xué)習(xí)和實(shí)踐，掌握編譯程序的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，能夠獨(dú)立完成簡單的編譯程序設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。掌握編譯程序的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法通過編譯原理的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，提高分析和解決問題的能力，為未來的學(xué)習(xí)和工作做好準(zhǔn)備。提高分析和解決問題的能力復(fù)習(xí)目的語法分析介紹語法分析器的功能和設(shè)計(jì)方法，包括上下文無關(guān)文法和語法分析樹的原理和實(shí)現(xiàn)。中間代碼生成介紹中間代碼的概念和生成方法，包括三地址代碼和靜態(tài)單賦值形式的原理和實(shí)現(xiàn)。目標(biāo)代碼生成介紹目標(biāo)代碼生成器的功能和設(shè)計(jì)方法，包括機(jī)器指令的選擇、寄存器的分配和指令調(diào)度的原理和實(shí)現(xiàn)。詞法分析介紹詞法分析器的功能和設(shè)計(jì)方法，包括正規(guī)表達(dá)式和有限自動機(jī)的原理和實(shí)現(xiàn)。語義分析介紹語義分析器的功能和設(shè)計(jì)方法，包括符號表、類型檢查和語義動作的原理和實(shí)現(xiàn)。代碼優(yōu)化介紹代碼優(yōu)化的概念和方法，包括常量折疊、復(fù)制傳播、死代碼刪除等優(yōu)化技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn)。010203040506內(nèi)容概述語言和文法02010203語言是符號的集合，用于表達(dá)某種信息或含義。語言可以是自然語言、人工語言或編程語言等。語言具有語法和語義兩個層面，語法規(guī)定符號的組合規(guī)則，語義則賦予符號特定的意義。語言的定義文法的分類文法是描述語言結(jié)構(gòu)的規(guī)則集合，可以根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。02根據(jù)文法規(guī)則的描述方式，可分為形式文法和自然語言文法。03根據(jù)文法所能描述的語言的復(fù)雜程度，可分為0型、1型、2型和3型文法，分別對應(yīng)圖靈機(jī)、線性有界自動機(jī)、下推自動機(jī)和有限自動機(jī)所能接受的語言。01上下文無關(guān)文法是一種重要的文法類型，其規(guī)則的形式為“A→α”，表示非終結(jié)符A可以推導(dǎo)出符號串α。上下文無關(guān)文法所描述的語言具有遞歸性和結(jié)構(gòu)性，可以方便地表示各種復(fù)雜的語言結(jié)構(gòu)。上下文無關(guān)文法在編譯器設(shè)計(jì)、自然語言處理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。上下文無關(guān)文法詞法分析03詞法分析器的功能詞法分析器將識別出的單詞符號及其相關(guān)信息（如類型、值等）存儲到符號表中，為后續(xù)的語法分析和語義分析提供必要的信息。構(gòu)造符號表詞法分析器能夠識別出源程序中的各類單詞符號，如關(guān)鍵字、標(biāo)識符、運(yùn)算符、界符等。識別源程序中的單詞符號詞法分析器在識別單詞符號的同時，還能進(jìn)行一定的語法檢查，如檢查標(biāo)識符的命名是否符合規(guī)范，運(yùn)算符的使用是否正確等。進(jìn)行語法檢查正則表達(dá)式正則表達(dá)式是一種描述單詞符號的有效工具，它可以用來定義單詞符號的組成規(guī)則。在編譯原理中，正則表達(dá)式通常用于描述詞法分析器的識別規(guī)則。有限自動機(jī)有限自動機(jī)是一種識別正則語言的模型，它可以用來實(shí)現(xiàn)詞法分析器。有限自動機(jī)由一組狀態(tài)、輸入符號、轉(zhuǎn)移函數(shù)和接受狀態(tài)組成，能夠根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和輸入符號確定下一個狀態(tài)和輸出動作。正則表達(dá)式與有限自動機(jī)的轉(zhuǎn)換正則表達(dá)式和有限自動機(jī)之間可以相互轉(zhuǎn)換。通過正則表達(dá)式可以構(gòu)造出相應(yīng)的有限自動機(jī)，而有限自動機(jī)也可以轉(zhuǎn)換為等價的正則表達(dá)式。這種轉(zhuǎn)換關(guān)系為詞法分析器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供了靈活的選擇。正則表達(dá)式與有限自動機(jī)要點(diǎn)三手工編寫詞法分析器在早期的編譯器開發(fā)中，詞法分析器通常是由程序員手工編寫的。這種方法需要程序員熟練掌握詞法分析的原理和技巧，并能夠處理各種復(fù)雜的單詞符號和語法規(guī)則。要點(diǎn)一要點(diǎn)二使用詞法分析器生成器隨著編譯器技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多詞法分析器生成器（如Lex、Flex等），它們可以根據(jù)用戶定義的正則表達(dá)式或有限自動機(jī)自動生成相應(yīng)的詞法分析器代碼。這種方法大大簡化了詞法分析器的開發(fā)過程，提高了開發(fā)效率。集成在編譯器框架中現(xiàn)代的編譯器框架（如LLVM、GCC等）通常已經(jīng)集成了詞法分析器的功能。這些框架提供了豐富的API和工具支持，使得開發(fā)者可以更加方便地實(shí)現(xiàn)和定制自己的詞法分析器。要點(diǎn)三詞法分析器的實(shí)現(xiàn)語法分析0403報(bào)告語法錯誤的性質(zhì)和位置01識別由單詞符號組成的輸入串是否為一個句子的功能02構(gòu)造一個分析樹或其它的圖形或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以描述該句子的語法結(jié)構(gòu)語法分析器的功能預(yù)測分析算法一種確定性的、無需回溯的語法分析方法，在每一步都能根據(jù)當(dāng)前的輸入符號和語法分析器的狀態(tài)，唯一地確定下一步的動作LL(1)分析算法第一個L代表從左向右掃描輸入串，第二個L代表生成最左推導(dǎo)的語法分析樹，1代表分析時每一步只需向前查看一個符號遞歸下降分析算法一種自頂向下的語法分析方法，對每一個非終結(jié)符編寫一個子程序來進(jìn)行識別010203上下文無關(guān)文法的分析算法語法分析器的實(shí)現(xiàn)分析過程的實(shí)現(xiàn)按照預(yù)測分析表的指導(dǎo)，從左向右掃描輸入串，并根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)和輸入符號進(jìn)行相應(yīng)的動作，直到完成整個輸入串的分析預(yù)測分析表的構(gòu)造根據(jù)文法的產(chǎn)生式規(guī)則，構(gòu)造一個分析表，用于指導(dǎo)語法分析過程錯誤處理在語法分析過程中，如果發(fā)現(xiàn)輸入串不符合語法規(guī)則，需要報(bào)告錯誤的性質(zhì)和位置，并采取相應(yīng)的恢復(fù)措施，如跳過錯誤的符號或回退到前一個正確的狀態(tài)語義分析和中間代碼生成05類型檢查檢查源程序中數(shù)據(jù)類型的使用是否正確，包括變量、常量、數(shù)組、函數(shù)等的類型?？刂屏鳈z查檢查程序的控制流結(jié)構(gòu)，如判斷語句、循環(huán)語句等是否正確。符號表管理記錄程序中各種標(biāo)識符的屬性信息，如變量名、類型、作用域等。語義錯誤處理發(fā)現(xiàn)并處理源程序中的語義錯誤，如類型不匹配、變量未定義等。語義分析的功能三地址代碼一種類似于匯編語言的中間代碼形式，由操作碼和操作數(shù)組成，每個操作最多涉及三個操作數(shù)。抽象語法樹一種樹形結(jié)構(gòu)的中間代碼形式，能夠直觀地表示程序的語法結(jié)構(gòu)。靜態(tài)單賦值形式一種優(yōu)化后的中間代碼形式，每個變量只被賦值一次，有利于后續(xù)的優(yōu)化工作。中間代碼的形式030201語法分析器根據(jù)語言的語法規(guī)則，將單詞序列組合成各類語法單位，如表達(dá)式、語句、函數(shù)等。中間代碼生成器根據(jù)語義分析的結(jié)果，生成相應(yīng)的中間代碼形式，如三地址代碼、抽象語法樹或靜態(tài)單賦值形式等。語義分析器在語法分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行類型檢查、控制流檢查等語義分析工作，并生成相應(yīng)的中間代碼。詞法分析器將源程序轉(zhuǎn)換為單詞序列，識別出程序中的關(guān)鍵字、標(biāo)識符、運(yùn)算符、界符等。語義分析和中間代碼生成的實(shí)現(xiàn)優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成06優(yōu)化的定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化代碼優(yōu)化并行優(yōu)化算法優(yōu)化優(yōu)化的分類優(yōu)化是編譯器在生成目標(biāo)代碼的過程中，通過改進(jìn)算法、減少計(jì)算量、提高代碼執(zhí)行效率等手段，使得生成的目標(biāo)代碼在性能、空間占用等方面達(dá)到最優(yōu)的過程。根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)和手段，可以將優(yōu)化分為以下幾類通過改進(jìn)算法，減少計(jì)算量，提高執(zhí)行效率。通過選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，減少內(nèi)存占用，提高訪問速度。通過改進(jìn)代碼結(jié)構(gòu)、減少冗余代碼等手段，提高代碼執(zhí)行效率。通過并行計(jì)算技術(shù)，提高程序執(zhí)行速度。優(yōu)化的定義和分類常量折疊將變量的值直接復(fù)制到引用該變量的地方，從而消除不必要的內(nèi)存訪問。復(fù)制傳播死代碼刪除循環(huán)展開在編譯時計(jì)算常量表達(dá)式的值，并用計(jì)算結(jié)果替換原表達(dá)式，從而減少運(yùn)行時的計(jì)算量。將循環(huán)體中的代碼復(fù)制多次，從而減少循環(huán)的次數(shù)和分支判斷的開銷。刪除程序中永遠(yuǎn)不會被執(zhí)行到的代碼，從而減少程序的大小和執(zhí)行時間?；緝?yōu)化技術(shù)目標(biāo)代碼生成的方法和技術(shù)指令選擇根據(jù)表達(dá)式的類型和運(yùn)算符的特性，選擇合適的機(jī)器指令來實(shí)現(xiàn)該表達(dá)式。寄存器分配將變量分配到寄存器中，從而減少內(nèi)存訪問的開銷。常用的寄存器分配算法有圖形著色算法、線性掃描算法等。指令調(diào)度對生成的指令進(jìn)行重新排序，使得指令的執(zhí)行更加高效。常用的指令調(diào)度算法有列表調(diào)度算法、基于優(yōu)先級的調(diào)度算法等。內(nèi)存訪問優(yōu)化通過改進(jìn)內(nèi)存訪問模式、減少內(nèi)存訪問次數(shù)等手段，提高內(nèi)存訪問效率。常用的內(nèi)存訪問優(yōu)化技術(shù)有內(nèi)存對齊、緩存優(yōu)化等。課程總結(jié)與展望07課程重點(diǎn)內(nèi)容回顧語法分析學(xué)習(xí)了語法分析器的構(gòu)造算法，如遞歸下降分析、預(yù)測分析表和LR分析等。詞法分析了解了詞法分析器的功能和構(gòu)造方法，包括正則表達(dá)式和有限自動機(jī)的應(yīng)用。語言和文法掌握了形式語言的基本概念，如字母表、字符串、語言等，以及Chomsky文法的分類和性質(zhì)。語義分析和中間代碼生成掌握了語義分析的基本方法，如符號表的建立、類型檢查和中間代碼生成等。優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成了解了程序優(yōu)化的基本技術(shù)和目標(biāo)代碼生成的方法，如數(shù)據(jù)流分析、循環(huán)優(yōu)化和寄存器分配等。編譯原理是編譯器構(gòu)造的基礎(chǔ)，通過學(xué)習(xí)和實(shí)踐可以掌握編譯器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。編譯器構(gòu)造在軟件開發(fā)過程中，編譯原理可以幫助開發(fā)人員理解程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和執(zhí)行過程，從而提高軟件的質(zhì)量和效率。軟件工程編譯原理在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中發(fā)揮著重要作用，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)編譯原理可以為人工智能領(lǐng)域提供高效的算法和實(shí)現(xiàn)方法，如自然語言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)