实验三中间的代码优化
某些编译程序在中间代码或目标代码生产之后要对其进行优化，所谓优化就是对代码进行等价的变换。而变换后的代码运行结果与变换前的代码运行结果相同。而运行速度加快或占用内存空间减少。中间的代码优化就是对中间代码进行等价的变换。
基本块的有向图DAG（Directed Acyclic Graph)
有向图中任何一条通路都不是环路，则称该有向图为无环路有向图，简称为DAG。
一、实验题目：
中间代码的局部优化
二、实验目的：
掌握局部优化方法、提高机器的运行速度
三、实验内容：
1 、构造基本块内的优化DAG
假设：（1）ni 为已知结点号，n为新结点号；
（2）访问各结点信息时，按结点号逆序排序
2、完成对下例三类表达式的优化
（1）常值表达式的优化
（2）公共表达式的优化
（3）无用赋值的优化
3、输出根据优化的DAG重组四元式
四、设计概要：
首先要实现表达式中间代码生成，采用递归下降子程序法实现。
E→T{ω0 “push(SYN,w)”T“QUAT”}
T→F{ω1”push(SYN,w)”F“QUAT”}
F→i“push(SEM,entry(w))”|(E)
其中：·push(SYN,w)---当前单词w入符号栈SYN；
·push(SEM,entry(w))--- 当前i在符号表中的入口值压入语义栈SEM；·QUAT---生成四元式函数
①T:=newtemp;
②QT[j]=(SYN[k],SEM[s-1],SEM[s],T);j++;
③ pop(SYN,_);pop(SEM,_);pop(SEM,_); push(SEM,T);
在对中间代码进行局部优化
五、程序代码及运行结果：
1.表达式中间代码生成
#include
#include
using namespace std;
char str[50];
char sem[50];
char syn[50];
char ch;
int i=0;
int j=0;
int n=0;
int p=1;
void push_sem(char w)
{
sem[j++]=w;
}
void push_syn(char w)
{
syn[n++]=w;
}
void Gen()
{
char s[2][2];
char w;
w=sem[--j];
if(w>='1'&&w<='9')
{
s[0][1]=w;
s[0][0]=sem[--j];
}
else
{
s[0][0]=w;
s[0][1]=' ';
}
w=sem[--j];
if(w>='1'&&w<='9')
{
s[1][1]=w;
s[1][0]=sem[--j];
}
else
{
s[1][0]=w;
s[1][1]=' ';
}
cout<<"("< push_sem('t'); push_sem(p+47); } int F() { int m; int E(); if(ch=='(') { ch=str[i++]; m=E(); if(ch==')') ch=str[i++]; else { 编译原理复习题 一、是非题 1．计算机高级语言翻译成低级语言只有解释一种方式。(×) 3．每个文法都能改写为 LL(1) 文法。 (×) 4．算符优先关系表不一定存在对应的优先函数。 (√) 5．LR分析方法是自顶向下语法分析方法。 (×) 6．“用高级语言书写的源程序都必须通过编译,产生目标代码后才能投入运行”这种说法。(× ) 7．一个句型的句柄一定是文法某产生式的右部。 (√) 8．仅考虑一个基本块，不能确定一个赋值是否真是无用的。 (√ ) 9．在中间代码优化中循环上的优化主要有不变表达式外提和削减运算强度。 (× ) 10．对于数据空间的存贮分配，FORTRAN采用动态贮存分配策略。(×) 11．甲机上的某编译程序在乙机上能直接使用的必要条件是甲机和乙机的操作系统功能完全相同。(× ) 12．递归下降分析法是自顶向下分析方法。(√ ) 13．产生式是用于定义词法成分的一种书写规则。 (×) 14．在 SLR(1)分析法的名称中，S的含义是简单的。(√) 15．综合属性是用于“自上而下”传递信息。(× ) 16．符号表中的信息栏中登记了每个名字的属性和特征等有关信息，如类型、种属、所占单元大小、地址等等。(×) 17．程序语言的语言处理程序是一种应用软件。 (×) 18．解释程序适用于 COBOL 和 FORTRAN 语言。 (×) 19．一个 LL(l)文法一定是无二义的。 (√) 20．正规文法产生的语言都可以用上下文无关文法来描述。 (√) 21．一张转换图只包含有限个状态，其中有一个被认为是初态，最多只有一个终态。 (×) 22．目标代码生成时，应考虑如何充分利用计算机的寄存器的问题。 (√) 22．逆波兰法表示的表达式亦称后缀式。 (√ ) 23．如果一个文法存在某个句子对应两棵不同的语法树，则称这个文法是二义的。 (√ ) 24．数组元素的地址计算与数组的存储方式有关。(√) 25．算符优先关系表不一定存在对应的优先函数。 (×) 26．编译程序是对高级语言程序的解释执行。(× ) 27．一个有限状态自动机中，有且仅有一个唯一的终态。(×) 28．一个算符优先文法可能不存在算符优先函数与之对应。 (√ ) 29．语法分析时必须先消除文法中的左递归。 (×) 30．LR分析法在自左至右扫描输入串时就能发现错误，但不能准确地指出出错地点。 (√) 31．逆波兰表示法表示表达式时无须使用括号。 (√ ) 32．静态数组的存储空间可以在编译时确定。 (√) 33．进行代码优化时应着重考虑循环的代码优化，这对提高目标代码的效率将起更大作用。 (√) 34．两个正规集相等的必要条件是他们对应的正规式等价。 (√) 35．一个语义子程序描述了一个文法所对应的翻译工作。 (×) 36．设r和s分别是正规式，则有L(r|s)=L(r)L(s)。(×) 37．确定的自动机以及不确定的自动机都能正确地识别正规集。(√) 38．词法分析作为单独的一遍来处理较好。 (× ) 39．构造LR分析器的任务就是产生LR分析表。 (√) 40．规范归约和规范推导是互逆的两个过程。 (√) 41．同心集的合并有可能产生新的“移进”/“归约”冲突。 (× ) 42．LR分析技术无法适用二义文法。 (× ) 编译原理的复习提纲 1.编译原理=形式语言+编译技术 2.汇编程序： 把汇编语言程序翻译成等价的机器语言程序 3.编译程序： 把高级语言程序翻译成等价的低级语言程序 4.解释执行方式： 解释程序，逐个语句地模拟执行 翻译执行方式： 翻译程序，把程序设计语言程序翻译成等价的目标程序 5.计算机程序的编译过程类似，一般分为五个阶段： 词法分析、语法分析、语义分析及中间代码生成、代码优化、目标代码生成 词法分析的任务： 扫描源程序的字符串，识别出的最小的语法单位（标识符或无正负号数等） 语法分析是： 在词法分析的基础上的，语法分析不考虑语义。语法分析读入词法分析程序识别出的符号，根据给定的语法规则，识别出各个语法结构。 语义分析的任务是检查程序语义的正确性，解释程序结构的含义，语义分析包括检查变量是否有定义，变量在使用前是否具有值，数值是否溢出等。 语法分析完成之后，编译程序通常就依据语言的语义规则，利用语法制导技术把源程序翻译成某种中间代码。所谓中间代码是一种定义明确、便于处理、独立于计算机硬件的记号系统，可以认为是一种抽象机的程序 代码优化的主要任务是对前一阶段产生的中间代码进行等价变换，以便产生速度快、空间小的目标代码 编译的最后一个阶段是目标代码生成，其主要任务是把中间代码翻译成特定的机器指令或汇编程序 编译程序结构包括五个基本功能模块和两个辅助模块 6.编译划分成前端和后端。 编译前端的工作包括词法分析、语法分析、语义分析。编译前端只依赖于源程序，独立于目标计算机。前端进行分析 编译后端的工作主要是目标代码的生成和优化后端进行综合。独立于源程序，完全依赖于目标机器和中间代码。 把编译程序分为前端和后端的优点是： 可以优化配置不同的编译程序组合，实现编译重用，保持语言与机器的独立性。 7.汇编器把汇编语言代码翻译成一个特定的机器指令序列 第二章 1.符号，字母表，符号串，符号串的长度计算P18，子符号串的含义，符号串的简单运算XY，Xn， 2.符号串集合的概念，符号串集合的乘积运算，方幂运算，闭包与正闭包的概念P19，P20A0 ={ε} 3.重写规则，简称规则。非xx（V 第十章代码优化 某些编译程序在中间代码或目标代码生成之后要对生成的代码进行优化。所谓优化，实质上是对代码进行等价变换，使得变换后的代码运行结果与变换前代码运行结果相同，而运行速度加大或占用存储空间少，或两者都有。优化可在编译的不同阶段进行，对同一阶段，涉及的程序范围也不同，在同一范围内，可进行多种优化。一般，优化工作阶段可在中间代码生成之后和（或）目标代码生成之后进行。中间代码的优化是对中间代码进行等价变换。目标代码的优化是在目标代码生成之后进行的，因为生成的目标代码对应于具体的计算机，因此，这一类优化在很大程度上依赖于具体的机器，我们不做详细讨论。另外依据优化所涉及的程序范围，又可分为局部优化、循环优化和全局优化三个不同的级别。局部优化指的是在只有一个入口、一个出口的基本程序块上进行的优化。循环优化对循环中的代码进行的优化。全局优化是在整个程序范围内进行的优化。 本章重点：局部优化基本块的DAG表示 第一节优化技术简介 为了说明问题，我们来看下面这个例子，源程序是： P :=0 For I :=1 to 20 do P :=P+A[I]*B[I]; 经过编译得到的中间代码如图10-1-1所示，这个程序段由B1和B2两个部分组成，B2是一个循环，假定机器按字节编址。那么，对于这个中间代码段，可进行如下这些优化。 1、删除多余运算（删除公共子表达式）优化的目的在于使目标代码执行速度较快。图10-1-1中间代码（3）和（6）中都有4＊I的运算，而从（3）到（6）没有对I赋值，显然，两次计算机的值是相等的。所以，（6）的运算是多余的。我们可以把（6）变换成：T4 :=T1。这种优化称为删除多余运算或称为删除公共子表达式。 2、代码外提减少循环中代码总数的一个重要办法是代码外提。这种变换把循环不变运算，即其结果独立于循环执行次数的表达式，提到循环的前面。使之只在循环外计算一次，上例中，我们可以把（4）和（7）提到循环外。经过删除多余运算和代码外提后，代码变成图10-1-2。 第一章 1．典型的编译程序在逻辑功能上由哪几部分组成？ 答：编译程序主要由以下几个部分组成：词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、中间代码优化、目标代码生成、错误处理、表格管理。 2. 实现编译程序的主要方法有哪些？ 答：主要有：转换法、移植法、自展法、自动生成法。 3. 将用户使用高级语言编写的程序翻译为可直接执行的机器语言程序有哪几种主要的方式？ 答：编译法、解释法。 4. 编译方式和解释方式的根本区别是什么？ 答：编译方式：是将源程序经编译得到可执行文件后，就可脱离源程序和编译程序单独执行，所以编译方式的效率高，执行速度快； 解释方式：在执行时，必须源程序和解释程序同时参与才能运行，其不产生可执行程序文件，效率低，执行速度慢。 第二章 1.乔姆斯基文法体系中将文法分为哪几类？文法的分类同程序设计语言的设计与实现关 系如何？ 答：1）0型文法、1型文法、2型文法、3型文法。 2） 2. 写一个文法，使其语言是偶整数的集合，每个偶整数不以0为前导。 答： Z→SME | B S→1|2|3|4|5|6|7|8|9 M→ε | D | MD D→0|S B→2|4|6|8 E→0|B 3. 设文法G为： N→ D|ND D→ 0|1|2|3|4|5|6|7|8|9 请给出句子123、301和75431的最右推导和最左推导。 答：N?ND?N3?ND3?N23?D23?123 N?ND?NDD?DDD?1DD?12D?123 N?ND?N1?ND1?N01?D01?301 N?ND?NDD?DDD?3DD?30D?301 N?ND?N1?ND1?N31?ND31?N431?ND431?N5431?D5431?75431 N?ND?NDD?NDDD?NDDDD?DDDDD?7DDDD?75DDD?754DD?7543D?75431 4. 证明文法S→iSeS|iS| i是二义性文法。 答：对于句型iiSeS存在两个不同的最左推导： S?iSeS?iiSes S?iS?iiSeS 所以该文法是二义性文法。 5. 给出描述下面语言的上下文无关文法。 （1）L1={a n b n c i |n>=1,i>=0 } （2）L2={a i b j|j>=i>=1} （3）L3={a n b m c m d n |m,n>=0} 答： （1）S→AB A→aAb | ab B→cB | ε （2）S→ASb |ab /*PL/0编译程序（C语言版） *编译和运行环境： *Visual C++6.0 *WinXP/7 *使用方法： *运行后输入PL/0源程序文件名 *回答是否将虚拟机代码写入文件 *回答是否将符号表写入文件 *执行成功会产生四个文件（词法分析结果.txt符号表.txt虚拟代码.txt源程序和地址.txt） */ #include Scanner: #include 《编译原理》习题答案： 第一次： P14 2、何谓源程序、目标程序、翻译程序、汇编程序、编译程序和解释程序？它们之间可能有何种关系？ 答：被翻译的程序称为源程序； 翻译出来的程序称为目标程序或目标代码； 将汇编语言和高级语言编写的程序翻译成等价的机器语言，实现此功能的程序称为翻译程序； 把汇编语言写的源程序翻译成机器语言的目标程序称为汇编程序； 解释程序不是直接将高级语言的源程序翻译成目标程序后再执行，而是一个个语句读入源程序，即边解释边执行； 编译程序是将高级语言写的源程序翻译成目标语言的程序。 关系：汇编程序、解释程序和编译程序都是翻译程序，具体见P4 图 1.3。 P14 3、编译程序是由哪些部分组成？试述各部分的功能？ 答：编译程序主要由8个部分组成：（1）词法分析程序；（2）语法分析程序；（3）语义分析程序；（4）中间代码生成；（5）代码优化程序；（6）目标代码生成程序；（7）错误检查和处理程序；（8）信息表管理程序。具体功能见P7-9。 P14 4、语法分析和语义分析有什么不同？试举例说明。 答：语法分析是将单词流分析如何组成句子而句子又如何组成程序，看句子乃至程序是否符合语法规则，例如：对变量 x：= y 符合语法规则就通过。语义分析是对语句意义进行检查，如赋值语句中x与y类型要一致，否则语法分析正确，语义分析则错误。 P15 5、编译程序分遍由哪些因素决定？ 答：计算机存储容量大小；编译程序功能强弱；源语言繁简；目标程序优化程度；设计和实现编译程序时使用工具的先进程度以及参加人员多少和素质等等。 补充： 1、为什么要对单词进行内部编码？其原则是什么？对标识符是如何进行内部编码的？ 答：内部编码从“源字符串”中识别单词并确定单词的类型和值；原则：长度统一，即刻画了单词本身，也刻画了它所具有的属性，以供其它部分分析使用。对于标识符编码，先判断出该单词是标识符，然后在类别编码中写入相关信息，以表示为标识符，再根据具体标识符的含义编码该单词的值。 补充： 2、赋值语句： A：= 5 * C的语法和语义指的是什么？ 答：语法分析将检查该语句是否符合赋值语句规则，语义是指将 5 * C 的结果赋值为 A 。 《编译原理》模拟题（补） 一．单项选择题 1.（）是两类程序语言处理程序。 A. 高级语言程序和低级语言程序 B. 解释程序和编译程序 C. 编译程序和操作系统 D. 系统程序和应用程序 2. 编译程序前三个阶段完成的工作是（）。 A. 词法分析、语法分析和代码优化 B. 代码生成、代码优化和词法分析 C. 词法分析、语法分析、语义分析和中间代码生成 D. 词法分析、语法分析和代码优化 3. 一个上下文无关文法G包括四个组成部分：一组终结符，一组非终结符，一个开始符号，以及一组（）。 A. 字符串 B. 产生式 C. 非开始符号 D. 文法 4. 词法分析器的输出结果是（）。 A. 单词的种别编码 B. 单词在符号表中的位置 C. 单词的种别编码和自身值 D. 单词自身值 5. 一个句型中称为句柄的是该句型的最左（）。 A. 非终结符号 B. 短语 C. 句子 D. 直接短语 6. 高级语言编译程序常用的语法分析方法中，递归下降分析法属于（）分析方法。 A. 自左向右 B. 自顶向下 C. 自底向上 D. 自右向左 7. 在通常的语法分析方法中，（）特别适用于表达式的分析。 A. 算符优先分析法 B. LR分析法 C. 递归下降分析法 D. LL（1）分析法 8. 优化可生成_____的目标代码。 A. 运行时间较短 B. 占用存储空间较小 C. 运行时间短但占用内存空间大 D. 运行时间短且占用存储空间小 9.（）是两类程序语言处理程序。 A. 系统程序和应用程序 B.编译程序和操作系统 C. 解释程序和编译程序 D.高级语言程序和低级语言程序 10. 经过编译所得到的目标程序是（）。 A. 四元式序列 B. 间接三元式序列 一.实验目的 1．深入理解算符优先分析法 2．掌握FirstVt和LastVt集合的求法有算符优先关系表的求法 3．掌握利用算符优先分析法完成中缀表达式到逆波兰式的转化 二.实验内容及要求 将非后缀式用来表示的算术表达式转换为用逆波兰式来表示的算术表达式，并计算用逆波兰式来表示的算术表达式的值。 程序输入/输出示例： 输出的格式如下： (1) (2)输入一以#结束的中缀表达式(包括+—*/（）数字#) (3) (4)逆波兰式 备注：(1)在生成的逆波兰式中如果两个数相连则用&分隔，如28和68，中间用&分隔； 注意：1.表达式中允许使用运算符（+-*/）、分割符（括号）、数字，结束符#； 2.如果遇到错误的表达式，应输出错误提示信息（该信息越详细越好）； 3.对学有余力的同学，测试用的表达式事先放在文本文件中，一行存放一个表达式，同时以分号分割。同时将预期的输出结果写在另一个文本文件中，以便和输出进行对照； 三.实验过程 1、逆波兰式定义 将运算对象写在前面，而把运算符号写在后面。用这种表示法表示的表达式也称做后缀式。逆波兰式的特点在于运算对象顺序不变，运算符号位置反映运算顺序。采用逆波兰式可以很好的表示简单算术表达式，其优点在于易于计算机处理表达式。 2、产生逆波兰式的前提 中缀算术表达式 3、逆波兰式生成的实验设计思想及算法 (1)首先构造一个运算符栈，此运算符在栈内遵循越往栈顶优先级越高的原则。 (2)读入一个用中缀表示的简单算术表达式，为方便起见,设该简单算术表达式的右端多加上了优先级最低的特殊符号“#”。 (3)从左至右扫描该算术表达式，从第一个字符开始判断，如果该字符是数字，则分析到该数字串的结束并将该数字串直接输出。 (4)如果不是数字，该字符则是运算符，此时需比较优先关系。 做法如下：将该字符与运算符栈顶的运算符的优先关系相比较。如果，该字符优先关系高于此运算符栈顶的运算符，则将该运算符入栈。倘若不是的话，则将此运算符栈顶的运算 第 1 章引论 第1 题 解释下列术语： （1）编译程序 （2）源程序 （3）目标程序 （4）编译程序的前端 （5）后端 （6）遍 答案： （1）编译程序：如果源语言为高级语言，目标语言为某台计算机上的汇编语言或机器语言，则此翻译程序称为编译程序。 （2）源程序：源语言编写的程序称为源程序。 （3）目标程序：目标语言书写的程序称为目标程序。 （4）编译程序的前端：它由这样一些阶段组成：这些阶段的工作主要依赖于源语言而与目标机无关。通常前端包括词法分析、语法分析、语义分析和中间代码生成这些阶 段，某些优化工作也可在前端做，也包括与前端每个阶段相关的出错处理工作和符 号表管理等工作。 （5）后端：指那些依赖于目标机而一般不依赖源语言，只与中间代码有关的那些阶段，即目标代码生成，以及相关出错处理和符号表操作。 （6）遍：是对源程序或其等价的中间语言程序从头到尾扫视并完成规定任务的过程。 第2 题 一个典型的编译程序通常由哪些部分组成？各部分的主要功能是什么？并画出编译程序的总体结构图。 答案： 一个典型的编译程序通常包含8个组成部分，它们是词法分析程序、语法分析程序、语义分析程序、中间代码生成程序、中间代码优化程序、目标代码生成程序、表格管理程序和错误处理程序。其各部分的主要功能简述如下。 词法分析程序：输人源程序，拼单词、检查单词和分析单词，输出单词的机内表达形式。 语法分析程序：检查源程序中存在的形式语法错误，输出错误处理信息。 语义分析程序：进行语义检查和分析语义信息，并把分析的结果保存到各类语义信息表中。 中间代码生成程序：按照语义规则，将语法分析程序分析出的语法单位转换成一定形式的中间语言代码，如三元式或四元式。 中间代码优化程序：为了产生高质量的目标代码，对中间代码进行等价变换处理。目标代码生成程序：将优化后的中间代码程序转换成目标代码程序。 LL（1）文法（源代码） #include "stdio.h" #include "stdlib.h" #define MaxRuleNum 8 #define MaxVnNum 5 #define MaxVtNum 5 #define MaxStackDepth 20 #define MaxPLength 20 #define MaxStLength 50 struct pRNode /*产生式右部结构*/ { int rCursor; struct pRNode *next; }; struct pNode { int lCursor; int rLength; /*右部长度*/ struct pRNode *rHead; /*右部结点头指针*/ }; char Vn[MaxVnNum + 1]; /*非终结符集*/ int vnNum; char Vt[MaxVtNum + 1]; /*终结符集*/ int vtNum; struct pNode P[MaxRuleNum]; int PNum; char buffer[MaxPLength + 1]; char ch; char st[MaxStLength]; /*要分析的符号串*/ struct collectNode { int nVt; struct collectNode *next; }; struct collectNode* first[MaxVnNum + 1]; /*first集*/ struct collectNode* follow[MaxVnNum + 1]; /*follow集*/ 实验四中间代码生成 一．实验目的： 掌握中间代码的四种形式（逆波兰式、语法树、三元式、四元式）。 二．实验内容： 1、逆波兰式定义:将运算对象写在前面，而把运算符号写在后面。用这种表示法表示的表 达式也称做后缀式。 2、抽象（语法）树：运算对象作为叶子结点，运算符作为内部结点。 3、三元式：形式序号：（op,arg1,arg2） 4、四元式：形式（op,arg1,arg2,result） 三、以逆波兰式为例的实验设计思想及算法 (1)首先构造一个运算符栈，此运算符在栈内遵循越往栈顶优先级越高的原则。 (2)读入一个用中缀表示的简单算术表达式，为方便起见,设该简单算术表达式的右端多加上了优先级最低的特殊符号“#”。 (3)从左至右扫描该算术表达式，从第一个字符开始判断，如果该字符是数字，则分析到该数字串的结束并将该数字串直接输出。 (4)如果不是数字，该字符则是运算符，此时需比较优先关系。 做法如下：将该字符与运算符栈顶的运算符的优先关系相比较。如果，该字符优先关系高于此运算符栈顶的运算符，则将该运算符入栈。倘若不是的话，则将此运算符栈顶的运算符从栈中弹出，将该字符入栈。 (5)重复上述操作(1)-(2)直至扫描完整个简单算术表达式，确定所有字符都得到正确处理，我们便可以将中缀式表示的简单算术表达式转化为逆波兰表示的简单算术表达式。 四、程序代码： //这是一个由中缀式生成后缀式的程序 #include<> #include<> #include<> #include<> #define maxbuffer 64 void main() { char display_out(char out_ch[maxbuffer], char ch[32]); //int caculate_array(char out_ch[32]); static int i=0; static int j=0; char ch[maxbuffer],s[maxbuffer],out[maxbuffer]; cout<<"请输入中缀表达式: "; 编译原理-词法分析器的设计 一．设计说明及设计要求 一般来说，编译程序的整个过程可以划分为五个阶段：词法分析、语法分析、中间代码生成、优化和目标代码生成。本课程设计即为词法分析阶段。词法分析阶段是编译过程的第一个阶段。这个阶段的任务是从左到右一个字符一个字符地读入源程序，对构成源程序的字符流进行扫描和分解，从而识别出一个个单词（也称单词符号或符号）。如保留字（关键字或基本字）、标志符、常数、算符和界符等等。 二．设计中相关关键字说明 1．基本字：也称关键字，如C语言中的 if , else , while , do ,for,case,break, return 等。 2．标志符：用来表示各种名字，如常量名、变量名和过程名等。 3．常数：各种类型的常数，如12，6.88，和“ABC” 等。 4．运算符：如 + ，- , * , / ,%, < , > ,<= , >= 等。5．界符，如逗点，冒号，分号，括号，# ，〈〈，〉〉等。 三、程序分析 词法分析是编译的第一个阶段，它的主要任务是从左到右逐个字符地对源 程序进行 扫描，产生一个个单词序列，用以语法分析。词法分析工作可以是独立的一遍，把字符流的源程序变为单词序列，输出在一个中间文件上，这个文件做为语法分析程序的输入而继续编译过程。然而，更一般的情况，常将 词法分析程序设计成一个子程序，每当语法分析程序需要一个单词时，则 调用该子程序。词法分析程序每得到一次调用，便从源程序文件中读入一 些字符，直到识别出一个单词，或说直到下一个单词的第一个字符为止。 四、模块设计 下面是程序的流程图 五、程序介绍 在程序当前目录里建立一个文本文档，取名为infile.txt,所有需要分析的程序都写在此文本文档里，程序的结尾必须以“@”标志符结束。程序结果输出在同一个目录下，文件名为outfile.txt，此文件为自动生成。本程序所输出的单词符号采用以下二元式表示：（单词种别，单词自身的值）如程序输出结果(57,"#")(33,"include")(52,"<")(33,"iostream") 等。 程序的功能：（1）能识别C语言中所有关键字（共32个）（单词种别分别为1 — 32 ，详情见程序代码相关部分，下同） （2）能识别C语言中自定义的标示符（单词种别为 33） （3）能识别C语言中的常数（单词种别为0） （4）能识别C语言中几乎所有运算符（单词种别分别为41 — 54） （5）能识别C语言中绝大多数界符（单词种别分别为 55 — 66）六、运行结果 输入文件infile.txt 运行结果（输出文件 outfile.txt） 一、选择 1．将编译程序分成若干个“遍”是为了_使程序的结构更加清晰__。 2．正规式 MI 和 M2 等价是指__.M1 和 M2 所识别的语言集相等_。 3．中间代码生成时所依据的是 _语义规则_。 4．后缀式 ab+cd+/可用表达式__(a+b)/(c+d)_来表示。 6．一个编译程序中，不仅包含词法分析，_语法分析 ____，中间代码生成，代码优化，目标代码生成等五个部分。 7．词法分析器用于识别__单词___。 8．语法分析器则可以发现源程序中的___语法错误__。 9．下面关于解释程序的描述正确的是__解释程序的特点是处理程序时不产生目标代码 ___。 10．解释程序处理语言时 , 大多数采用的是__先将源程序转化为中间代码 , 再解释执行___方法。 11．编译过程中 , 语法分析器的任务就是__(2)(3)(4)___。 (1) 分析单词是怎样构成的 (2) 分析单词串是如何构成语句和说明的 (3) 分析语句和说明是如何构成程序的 (4) 分析程序的结构 12．编译程序是一种__解释程序__。 13．文法 G 所描述的语言是_由文法的开始符号推出的所有终极符串___的集合。 14．文法分为四种类型，即 0 型、1 型、2 型、3 型。其中 3 型文法是___正则文法__。 15．一个上下文无关文法 G 包括四个组成部分，它们是：一组非终结符号，一组终结符号，一个开始符号，以及一组 _产生式__。 16．通常一个编译程序中，不仅包含词法分析，语法分析，中间代码生成，代码优化，目标代码生成等五个部分，还应包括_表格处理和出错处理__。 17．文法 G[N]= （ {b} ， {N ， B} ， N ， {N→b│ bB ， B→bN} ），该文法所描述的语言是L(G[N])={b2i+1│ i ≥0} 18．一个句型中的最左_简单短语___称为该句型的句柄。 19．设 G 是一个给定的文法，S 是文法的开始符号，如果 S->x( 其中 x∈V*), 则称 x 是 文法 G 的一个__句型__。 21．若一个文法是递归的，则它所产生的语言的句子_是无穷多个___。 22．词法分析器用于识别_单词_。 23．在语法分析处理中， FIRST 集合、 FOLLOW 集合、 SELECT 集合均是_终极符集 ___。 24．在自底向上的语法分析方法中，分析的关键是_寻找句柄 ___。 25．在 LR 分析法中，分析栈中存放的状态是识别规范句型__活前缀__的 DFA 状态。 26．文法 G 产生的__句子___的全体是该文法描述的语言。 27．若文法 G 定义的语言是无限集，则文法必然是 __递归的_ 28．四种形式语言文法中，1 型文法又称为 _短语结构文法__文法。 29．一个文法所描述的语言是_唯一的__。 30． _中间代码生成___和代码优化部分不是每个编译程序都必需的。 31．_解释程序和编译程序___是两类程序语言处理程序。 32．数组的内情向量中肯定不含有数组的_维数___的信息。 33. 一个上下文无关文法 G 包括四个组成部分，它们是：一组非终结符号，一组终结符号，一个开始符号，以及一组__D___。 34．文法分为四种类型，即 0 型、1 型、2 型、3 型。其中 2 型文法是__上下文无关文法__。 35．一个上下文无关文法 G 包括四个组成部分，它们是：一组非终结符号，一组终结符号，一个开始符号，以及一组 __产生式___。 36．__ BASIC ___是一种典型的解释型语言。 37．与编译系统相比，解释系统___比较简单 , 可移植性好 , 执行速度慢__。 38．用高级语言编写的程序经编译后产生的程序叫__目标程序___。 39．编写一个计算机高级语言的源程序后 , 到正式上机运行之前，一般要经过__(1)(2)(3)__这几步: (1) 编辑 (2) 编译 (3) 连接 (4) 运行 40．把汇编语言程序翻译成机器可执行的目标程序的工作是由__编译器__完成的。 41．词法分析器的输出结果是__单词的种别编码和自身值__。 42．文法 G ：S→xSx|y 所识别的语言是_ xnyxn(n≥0)___。 43．如果文法 G 是无二义的，则它的任何句子α__最左推导和最右推导对应的语法树必定相同_。 44．构造编译程序应掌握___源程序目标语言编译方法___。 45．四元式之间的联系是通过__临时变量___实现的。 46．表达式( ┐ A ∨B)∧(C∨D)的逆波兰表示为___ A ┐ B∨CD∨∧__。 47. 优化可生成__运行时间短且占用存储空间小___的目标代码。 48．下列__删除多余运算 ____优化方法不是针对循环优化进行的。 49．编译程序使用__说明标识符的过程或函数的静态层次___区别标识符的作用域。 50．编译程序绝大多数时间花在___表格管理__ 上。 51．编译程序是对__高级语言的翻译___。 编译原理复习题 一、填空题： 1、编译方式与解释方式的根本区别在于（是否生成目标代码）。 2、对编译程序而言，输入数据是（源程序），输出结果是（目标程序）。 3、如果编译程序生成的目标程序是机器代码程序，则源程序的执行分为两大阶段：（编译阶段）和（运行阶段）。 4、如果编译程序生成的目标程序是汇编语言程序，则源程序的执行分成三个阶段：（编译阶段）、（汇编阶段）和（运行阶段）。 5、自顶向下语法分析方法会遇到的主要问题有（回溯）和（（左递归带来的）无限循环）。 6、LL(k)分析法中，第一个L的含义是（从左到右进行分析），第二个L的含义是（每次进行最左推导），“k”的含义是（向输入串中查看K个输入符号）。 7、LL(1)分析法中，第一个L的含义是（从左到右进行分析），第二个L的含义是（每次进行最左推导），“1”的含义是（向输入串中查看1个输入符号）。 8、自顶向下语法分析方法的基本思想是：从（识别符号）出发，不断建立（直接推导），试图构造一个推导序列，最终由它推导出与输入符号相同的（符号串）。 9、自底向上语法分析方法的基本思想是：从待输入的符号串开始，利用文法的规则步步向上进行（直接归约），试图（归约）到文法的（识别符号|开始符号）。 10、LR(0)分析法的名字中，“L”的含义是（从左到右进行分析），“R”的含义是（采用最右推导的逆过程---最左归约），“0”的含义是（向貌似句柄的符号串后查看0个输入符号）。 11、LR(1)分析法的名字中，“L”的含义是（从左到右进行分析），“R”的含义是（采用最右推导的逆过程---最左归约），“1”的含义是（向貌似句柄的符号串后查看1个输入符号）。 12、SLR(1)分析法的名字中，“S”的含义是（简单的），“L”的含义是（从左到右进行分析），“R”的含义是（采用最右推导的逆过程---最左归约），“1”的含义是（向貌似句柄的符号串后查看1个输入符号）。 13、在编译过程中，常见的中间语言形式有（逆波兰表示）、（三元式）、（四元式）和（树形表示）。 14、在编译程序中安排中间代码生成的目的是（便于代码优化）和（便于目标程序的移植）。 15、表达式-a+b*(-c+d)的逆波兰表示为（a-bc-d+*+ ）。 16、表达式a+b*(c+d/e)的逆波兰表示为（abcde/+*+ ）。 17、表达式a:=a+b*c↑(d/e)/f的逆波兰表示为（aabcde/↑*f/+:= ）。 18、文法符号的属性有（继承属性）和（综合属性）两种。 19、一个文法符号的继承属性是通过语法树中它的（兄弟结点与父）结点的相应文法符号的属性来计算的。 20、一个文法符号的综合属性是通过语法树中它的（子）结点的属性来计算的。 第一章引论 1.编译过程的阶段 由词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、代码优化和目标代码生成六个阶段 2.编译程序的概念 3.编译程序的结构 例：（B）不是编译程序的组成部分。 A. 词法分析器； B. 设备管理程序 C. 语法分析程序； D. 代码生成程序 4.遍的概念 对源程序(或其中间形式)从头至尾扫描一次并进行有关加工处理，生成新的中间形式或最终目标程序，称为一遍。 5.编译程序与解释程序的区别 例：解释程序和编译程序是两类程序语言处理程序，它们的主要区别在于（D）。 A. 单用户与多用户的差别 B. 对用户程序的差错能力 C. 机器执行效率 D. 是否生成目标代码 第三章文法和语言 文法的概念 字母表、符号串和集合的概念及运算 例：(ab|b)*c 与下面的那些串匹配？（ACD） A. ababbc； B. abab； C. c； D. babc； E. aaabc 例：ab*c*(a|b)c 与后面的那些串匹配？（BC） A.acbbc B.abbcac C.abc D.acc 例：(a|b)a+(ba)*与后面的那些串匹配? （ADE）A.ba B.bba C.ababa D.aa E.baa 文法的定义（四元组表示） 文法G定义为四元组（V N，V T，P，S） V N：非终结符集 V T：终结符集 P：产生式（规则）集合 S：开始符号（或识别符号） 例：给定文法，A::= bA | cc，下面哪些符号串可由其推导出（①② ⑤）。 ①cc ②b*cc ③b*cbcc ④bccbcc ⑤bbbcc 什么是推导 例：已知文法G： E->E+T|E-T|T T->T*F|T/F|F F->(E)|i 试给出下述表达式的推导：i*i+i 推导过程：E->E+T ->T+T ->T*F+T ->F*F+T ->i*F+T ->i*i+T ->i*i+F ->i*i+i ●句型、句子的概念 例：假设G一个文法，S是文法的开始符 号，如果S=>*x，则称x是句型。 例：对于文法G，仅含终结符号的句型称 为句子。 ●语言的形式定义 例：设r=(a|b|c)(x|y|z)，则L(r)中元素为 9个。 例：文法G产生式为S→AB，A→aAb|ε， B→cBd|cd，则B∈L(G)。 A. ababcd； B. ccdd； C. ab； D. aabb ●等价文法 例：如果两个文法描述了同一个语言，则这两个文法是等价文法。 ●文法的类型 0型：左边至少有一个非终结符 1型：右边长度>=左边长度 2型：左边有且仅有一个非终结符 3型：形如：A->aB,A->a 各类型文法都是逐级包含关系， 例：文法S→abC|c，bC→d是几型文法？0 型 例：文法S→abC，bC→ad是几型文法？1 型 例：文法G[A]：A→ε，A→aB，B→Ab，B→a 是几型文法？2型 例：文法S→a|bC，C→d是几型文法？ 3 第一章 1、将编译程序分成若干个“遍”是为了。 a．提高程序的执行效率 b．使程序的结构更加清晰 c．利用有限的机器内存并提高机器的执行效率 d．利用有限的机器内存但降低了机器的执行效率 2、构造编译程序应掌握。 a．源程序b．目标语言 c．编译方法d．以上三项都是 3、变量应当。 a．持有左值b．持有右值 c．既持有左值又持有右值d．既不持有左值也不持有右值 4、编译程序绝大多数时间花在上。 a．出错处理b．词法分析 c．目标代码生成d．管理表格 5、不可能是目标代码。 a．汇编指令代码b．可重定位指令代码 c．绝对指令代码d．中间代码 6、使用可以定义一个程序的意义。 a．语义规则b．语法规则 c．产生规则d．词法规则 7、词法分析器的输入是。 a．单词符号串b．源程序 c．语法单位d．目标程序 8、中间代码生成时所遵循的是- 。 a．语法规则b．词法规则 c．语义规则d．等价变换规则 9、编译程序是对。 a．汇编程序的翻译b．高级语言程序的解释执行 c．机器语言的执行d．高级语言的翻译 10、语法分析应遵循。 a．语义规则b．语法规则 c．构词规则d．等价变换规则 二、多项选择题 1、编译程序各阶段的工作都涉及到。 a．语法分析b．表格管理c．出错处理 d．语义分析e．词法分析 2、编译程序工作时，通常有阶段。 a．词法分析b．语法分析c．中间代码生成 d．语义检查e．目标代码生成 三、填空题 1、解释程序和编译程序的区别在于。 2、编译过程通常可分为5个阶段，分别是、语法分析、代码优化和目标代码生成。 3、编译程序工作过程中，第一段输入是，最后阶段的输出为程序。 4、编译程序是指将程序翻译成程序的程序。 单选解答 1、将编译程序分成若干个“遍”是为了使编译程序的结构更加清晰，故选b。 2、构造编译程序应掌握源程序、目标语言及编译方法等三方面的知识，故选d。 3、对编译而言，变量既持有左值又持有右值，故选c。 4、编译程序打交道最多的就是各种表格，因此选d。 5、目标代码包括汇编指令代码、可重定位指令代码和绝对指令代码3种，因此不是目标代码的只能选d。 6、词法分析遵循的是构词规则，语法分析遵循的是语法规则，中间代码生成遵循的是语义规则，并且语义规则可以定义一个程序的意义。因此选a。 7、b 8、c 9、d 10、c 多选解答 1．b、c 2. a、b、c、e 填空解答 1、 从优化的范围的角度，优化可以分哪两类？对循环的优化可以有哪三种？ 答：从优化的范围的角度，优化可以分为局部优化和全局优化两类； 对循环的优化有三种：循环不变表达式外提、归纳变量删除与计算强度削减。 2、写出表达式a=b*c+b*d 对应的逆波兰式、四元式序列和三元式序列。 答：逆波兰式： abc*bd*+:= 四元式序列： 三元式序列: OP ARG1 ARG2 (1) (*， b ， c ， t 1) (1) (* b ， c ) (2) (*， b ， d ， t 2) (2) (* b ， d ) (3) (+， t1， t 2，t 3) (3) (+ (1)， (2)) (4) (:=， t3， /， a) (4) (:= (3)， a) 3、对于文法G(S): ）Ma L a |(L M bMb S →→→ 答：1） b Ma b Lb b bMb S )((??? 2） 短语: Ma)， (Ma)， b(Ma)b 直接短语: Ma) 句柄: Ma) 三、 设有字母表{a ，b}上的正规式R=(ab|a)*。 解：（1） （2）将（1）所得的非确定有限自动机确定化 ε a b -0 1 1 3 12 2 1 +3 a b -+013 123 +123 123 13 +13 123 0 1 2 3 b a a ε ε - + S b M ( T M a b L ) （3）对（2）得到的DFA 化简，合并状态0和2 为状态2： （4）令状态1和2分别对应非终结符B 和A G: A →aB|a|ε； B →aB|bA|a|b|ε；可化简为：G: A →aB|ε；B →aB|bA|ε 四、 设将文法G 改写成等价的LL(1)文法，并构造预测分析表。 G ：S→S*a T|aT|*aT ； T →+a T|+a 解：消除左递归后的文法G ’: S →aTS ’|*aTS ’ S ’→*aTS ’|ε T →+aT|+a 提取左公因子得文法G ’’: S →aTS ’|*aTS ’ S ’→*aTS ’|ε T →+aT ’ T ’→T|ε Select(S →aTS ’)={a} Select(S →*aTS ’)={*} Select(S →aTS ’)∩Select(S →*aTS ’)=Ф Select(S ’→*aTS ’)={*} Select(S ’→ε)=Follow(s ’)={#} Select(S ’→*aTS ’)∩Select(S ’→ε)= Ф Select(T →+aT ’)={+} Select(T ’→T)=First(T) ={+} Select(T ’→ ε)=Follow(T ’)={*,#} Select(T ’→T)∩Select(T ’→ε)= Ф 所以该文法是LL(1)文法。 预测分析表： * + a # S →*aTS ’ →aTS ’ 1 2 a a b a -+ + + 1 2 a a b -+ +编译原理复习题(经典)
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