新工科建設·計算機類系列教材

免費提供編譯原理1基本課程信息編譯原理計算機科學中發展最迅速、最成熟的分支之一編譯程序計算機系統中重要的系統軟件之一編譯技術計算機高級語言發展的支柱編譯原理計算機科學中語言處理的基石理論研究軟件開發編譯原理課程是計算機科學中理解語言處理內在機制、提升軟件開發效率與質量、培養系統級編程思維與創新能力的核心課程。學分：編譯原理簡明教程（第3版）馮秀芳

崔冬華

王會青

主編電子工業出版社

2024年出版課程教材學分：參考教材“編譯原理”是計算機類專業一門重要的專業課，其目的是系統地向學生講授編譯程序的基本結構，闡述編譯原理的一般理論和常用的有效方法與編譯技術。

引言教學目的：學習本課后，使學生掌握編譯理論和方法方面的基本知識，具有設計、實現、分析和維護編譯程序等方面的初步能力。主要內容：形式語言與自動機、詞法分析、語法分析、語義分析、中間語言代碼生成和優化、目標代碼生成、存儲組織與分配、程序的查錯與處理等。56目錄第一章概述第二章形式語言理論基礎第三章自動機理論基礎第四章詞法分析第五章語法分析—自頂向下分析方法第六章語法分析—自底向上分析方法第七章語義分析及中間代碼的生成第八章代碼優化第九章目標代碼的生成第十章符號表和出錯處理第十一章

面向對象語言的編譯第十二章

并行編譯技術第十三章

軟件構造62024/11/67學習目標學習編譯程序的概念工作過程、體系結構語言與編譯程序的關系了解開發技術1概述EINLEITUNG重點：編譯程序的概念、編譯程序的結構難點：編譯程序的開發技術

目錄1.1程序設計語言與翻譯1.2編譯過程概述1.3編譯程序的開發1.4本章小結81.1程序設計語言與翻譯計算機系統：硬件軟件：應用軟件、系統軟件（包括OS、編譯系統、診斷系統等）程序設計語言：機器、匯編、高級翻譯程序：指能把A語言程序翻譯成與之等價的B語言

程序的程序。B語言（目標程序）A語言（源程序）翻譯程序91.1程序設計語言與翻譯計算機系統：硬件軟件：應用軟件、系統軟件（包括OS、編譯系統、診斷系統等）程序設計語言：機器、匯編、高級翻譯程序：指能把A語言程序翻譯成與之等價的B語言

程序的程序。B語言（目標程序）A語言（源程序）翻譯程序101.1.1程序設計語言機器語言高級語言11匯編語言機器語言即機器指令，能被計算機直接理解與執行是符號化的機器語言FORTRAN、ALGOL、Pascal、C、JAVA、Ada、C++、Python等1.1.2編譯程序和解釋程序B（機器語言）A（高級語言）編譯程序12如何讓計算機認識、理解、執行高級語言程序？

匯編程序B（機器語言）A（匯編語言）匯編程序13

解釋程序純粹的解釋程序并不多見，通常做某種程序的結合。141.2編譯過程概述閱讀全文、識別單詞分析句子語法結構根據句子含義初步分析修辭加工寫出譯文生成目標代碼優化語義分析語法分析掃描源程序、詞法分析分析綜合翻譯外文資料編譯程序15一、詞法分析

輸入源程序，對源程序構成的字符串進行掃描和分析，識別出一個個的單詞，如保留字(if、for、while等)、標識符、常數、特殊符號(標點符號、左右括號、運算符等)。例如，對于C語言的循環語句：詞法分析：遵循詞法規則，描述詞法規則正規式和有限自動機for(i=1;i<=100;i++)

sum=sum+1;161.2.1編譯程序的工作過程編譯程序一般分五個部分二、語法分析

根據語言語法規則，把詞法分析后的單詞合成各類語法單位（語法范疇），如“短語”，“句子”，“程序段”，“程序”。例如賦值語句：Z=X+2*Y；

語法分析：遵循語法規則，采用上下文無關文法描述。17編譯程序一般分五個部分三、語義分析及中間代碼的生成

根據語法結構，分析其含義，并進行初步翻譯（生成中間代碼），或直接生成目標代碼。對常用的一些語言來說，語義分析生成語法成分的含義和用途，以及應進行的運算和操作，而且要進行語義檢查等。例如：

3）在過程調用中，實參和形參是否在個數、次序、種屬一一對應等。2）在表達式中，是否有類型不匹配的運算對象；1）在說明語句中，是否有矛盾的類型說明；18編譯程序一般分五個部分“中間代碼”是一種含義明確、便于處理的記號系統。如：三元式、四元式、逆波蘭式。z=(x+3)*y/w;（+，x，3，T1）例：四元式（運算符，第一運算量，第二運算量，結果）(/,T2,

w，z

)（*，T1,y,

T2）19編譯程序一般分五個部分四、代碼優化

優化的任務在于對前階段產生的中間代碼進行加工變換，以期在最后階段產生出更為高效(節省時間和空間)的目標代碼。優化的主要方面有：公共子表達式的提取、循環優化、刪除無用代碼等。有時，為了便于“并行運算”，還可以對代碼進行并行優化處理。優化所依循的原則是程序的等價變換規則。

20編譯程序一般分五個部分從與具體計算機的關系分與機器無關的與機器有關的從與源程序的關系分全局優化局部優化21五、目標代碼生成

把中間代碼變成特定機器上的機器代碼。這部分涉及到硬件,如各種數據類型變量的存儲空間分配，寄存器的調度等。例：盡量使用執行速度快的指令，充分利用計算機的寄存器，以節省訪問內存所用時間等。22編譯程序一般分五個部分1.2.2編譯程序的結構231.3編譯程序的開發

編譯程序是一個非常復雜的軟件系統，雖然編譯理論和技術不斷發展，開發周期縮短，但研制仍需大量時間。追求目標過程自動化。1.3.1開發步驟1.認真分析，合理分工

2.算法設計，方案確定

3.語言選擇，編制程序

4.調試程序，確保質量

5.資料整理，文本形成

241.3.2開發技術一、系統程序設計語言

70年代以前，用機器語言、匯編語言，手工編寫工作量大、可靠性差、難以維護。

80年代以后，高級語言如PASCAL、ADA、C，工作量大大減少，縮短開發周期。系統程序程序設計語言：編寫編譯程序或其它系統軟件的高級語言。25二、開發技術自編譯：用某一高級語言編寫其自己的編譯程序。交叉編譯：A機器上的編譯程序能產生B機器上的目標代碼。自展：首先確定一個非常簡單的核心語言L0，用機器的匯

編語言寫其編譯程序T0，擴充L0到L1，用L0寫L1的T1, L1到L2……滾雪球一樣，直到所需編程序。移植：將A機器上的某高級語言編譯程序搬到B機器上運行。261.3.2開發技術1.3.2開發技術三、編譯技術的發展面向對象的高級語言編譯技術

并行計算機和并行程序編譯技術27編譯技術的發展過程中，有多名計算機領域的專家因在編譯理論和技術相關研究方面的突出貢獻獲得了圖靈獎，例如艾倫·佩利（AlanJ.Perlis）、高德納·克努斯（DonaldE.Knuth）、法蘭西斯·艾倫（FrancesE.Allen）、阿爾弗雷德·艾侯（AlfredVainoAho）和杰弗里·烏爾曼（JeffreyDavidUllman）如Unix下

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詞法分析程序自動構造軟件工具

YACC

語法分析程序自動構造軟件工具

Llama

編譯程序生成軟件工具

Occs

源語言的定義機器語言的描述翻譯程序的自動生成軟件編譯程序281.3.3編譯程序的自動生成291.4本章小結1．程序設計語言：機器語言、匯編語言、高級語言2．編譯程序和解釋程序都是翻譯程序，但解釋程序不產生完整的目標