編譯原理-陳火旺版-第一章目錄引言語言及其文法描述詞法分析語法分析語義分析與中間代碼生成優化與目標代碼生成01引言0102編譯原理概述編譯原理涉及到語言理論、算法設計、程序優化等多個方面，是計算機科學的核心課程之一。編譯原理是計算機科學的一個重要分支，研究如何將高級語言程序翻譯成等價的機器語言程序的理論和方法。03編譯器還可以對程序進行優化，提高程序的性能和質量。01編譯器是將高級語言程序翻譯成機器語言程序的軟件工具，是軟件開發的基礎設施之一。02編譯器可以提高程序的執行效率，使得程序能夠在各種計算機上運行。編譯器的作用與重要性將輸入的源程序分解成一個個的單詞符號，即詞法單元。詞法分析語法分析語義分析根據語言的語法規則，將單詞符號組合成各類語法單位，如表達式、語句等。檢查源程序有無語義錯誤，為代碼生成階段收集類型信息。030201編譯過程簡介將源程序翻譯成一種內部表示形式，即中間代碼。中間代碼生成對中間代碼進行等價變換，以期在最終生成的目標代碼中提高運行效率。代碼優化將中間代碼轉換成目標機器上的絕對指令代碼或可重定位的指令代碼或匯編指令代碼。目標代碼生成編譯過程簡介記錄源程序中各種名字的特性信息，以輔助語義的正確性檢查和代碼生成。當源程序中有語法錯誤或語義錯誤時，編譯器應報告出錯的性質和出錯的位置。編譯過程簡介出錯處理符號表管理02語言及其文法描述程序設計語言的定義01程序設計語言是用于編寫計算機程序的語言，具有嚴格的語法和語義規則。程序設計語言的分類02根據語言級別和應用領域，程序設計語言可分為低級語言（如匯編語言）和高級語言（如C、Java等）。程序設計語言的發展03從機器語言到匯編語言，再到高級語言，程序設計語言經歷了不斷抽象和發展的過程。程序設計語言概述文法是描述語言結構的規則集合，由一組產生式構成。文法的定義根據產生式類型和規則限制，文法可分為0型文法（無限制文法）、1型文法（上下文有關文法）、2型文法（上下文無關文法）和3型文法（正規文法）。文法的分類每種文法都對應一種語言，不同的文法可以描述不同的語言結構。文法與語言的關系文法及其分類上下文無關文法的性質上下文無關文法具有遞歸性和封閉性，能夠描述大多數程序設計語言的語法結構。上下文無關文法的應用上下文無關文法廣泛應用于編譯器設計、自然語言處理等領域，是計算機科學中的重要概念。上下文無關文法的定義上下文無關文法是一種2型文法，其產生式的左部是一個非終結符，右部是由終結符和非終結符組成的序列。上下文無關文法03詞法分析詞法分析的任務從左到右掃描源程序的字符流，識別出一個個的單詞符號，把作為字符串的源程序改造成為單詞符號串的中間程序單詞符號的種類基本字、標識符、常數、運算符、界符詞法分析器的作用作為語法分析程序的子程序，每當語法分析程序需要一個單詞符號時，它就調用詞法分析程序，從輸入的源程序中識別出一個單詞符號供語法分析程序使用詞法分析概述正則表達式與有限自動機對于每一個正則表達式，都存在一個有限自動機識別它所表示的語言；反之，對于每一個有限自動機，也存在一個正則表達式表示它所識別的語言正則表達式與有限自動機的關系描述單詞符號的一種重要表示工具，使用正則表達式可以方便地描述詞法分析器所識別的各種單詞符號正則表達式識別正則語言的一種有效工具，可以作為詞法分析器的數學模型有限自動機構造原理根據詞法規則構造出識別相應單詞符號的有限自動機，然后將有限自動機轉換為對應的程序代碼構造方法手工構造法、自動生成法注意事項處理好單詞符號的二義性問題；識別出源程序中的錯誤并進行適當的處理。詞法分析器的構造04語法分析語法分析的任務語法分析器的功能語法錯誤的處理語法分析概述根據語言的語法規則，對輸入的符號序列進行合法性檢查，并構造出相應的語法結構。接收一個由單詞符號組成的輸入序列，根據語言的語法規則，判斷輸入序列是否為一個合法的句子，并輸出相應的語法結構信息。當輸入序列不符合語法規則時，語法分析器應能夠發現并報告錯誤，同時提供可能的錯誤位置和性質。自頂向下分析算法從文法的開始符號出發，根據產生式規則逐步推導出輸入序列。這種算法通常采用預測或回溯技術來處理分析過程中的不確定性。自底向上分析算法從輸入序列的末端開始，逐步將輸入符號歸約到文法的開始符號。這種算法通常采用移進-歸約技術，通過構造一個分析棧來模擬歸約過程。圖表分析算法同時采用自頂向下和自底向上的分析策略，構造一個包含所有可能推導的分析圖，然后根據輸入序列在圖中尋找一個成功的路徑。上下文無關文法的分析算法010203語法分析器的設計根據所選用的分析算法，設計相應的數據結構和分析流程，實現語法分析器的功能。語法錯誤的檢測與恢復在語法分析過程中，當檢測到輸入序列不符合語法規則時，應能夠準確地報告錯誤位置，并提供可能的錯誤恢復策略，以便用戶能夠修正錯誤并繼續進行分析。語法分析器的優化針對特定語言和應用場景，對語法分析器進行優化，提高分析效率和準確性。例如，可以采用啟發式搜索策略來減少分析過程中的回溯次數，或者利用靜態分析技術來提前發現潛在的語法錯誤。語法分析器的構造05語義分析與中間代碼生成檢查源程序在語法上正確后是否滿足語言的語義規定，并進行類型檢查和轉換等。語義分析的任務包括屬性文法、語法制導翻譯和抽象語法樹等。語義分析的方法當發現源程序有語義錯誤時，應報告錯誤的性質和出錯的位置。語義錯誤的處理語義分析概述中間代碼的概念中間代碼是一種介于源程序和目標程序之間的內部表示形式，具有便于優化和目標代碼生成的特點。中間代碼的形式常見的中間代碼形式有三地址碼、四元式、樹形表示等。中間代碼生成算法根據源程序的語法結構和語義規則，生成相應的中間代碼序列。中間代碼生成方法符號表用于記錄源程序中各種標識符的屬性信息，如類型、作用域和存儲地址等。符號表的作用常見的符號表組織方式有線性表、散列表和樹形結構等。符號表的組織方式根據標識符的名稱，在符號表中查找相應的屬性信息。常見的查找算法有順序查找、折半查找和哈希查找等。符號表的查找算法符號表管理06優化與目標代碼生成123優化是編譯器的重要組成部分，它通過改進程序的性能、減少程序的大小或提高程序的可靠性來提高目標代碼的質量。優化的定義編譯器可以進行不同級別的優化，包括源代碼級優化、中間代碼級優化和目標代碼級優化。優化的級別優化的目標可以是減少程序的執行時間、減少程序占用的存儲空間、提高程序的可靠性或提高程序的兼容性。優化的目標優化概述常量折疊在編譯時計算常量表達式的值，并用計算結果替換表達式。復制傳播將變量的值直接復制到使用它的地方，從而消除不必要的變量和加載操作。死代碼刪除刪除程序中永遠不會被執行到的代碼。循環優化通過循環展開、循環合并、循環交換等技術來改進循環的性能。基本優化技術生成與特定機器無關的中間代碼，然后在運行時將其轉換為特定機器上的目標代碼。機器無關代碼生成直接生成特定機器上的目標