编译原理教案.ppt

文法和语言
➢怎样理解四种文法之间的关系？
➢
四种文法之间的关系是对产生式逐
步做更多的限制而定义的。为此，它们所
定义语言之间的关系依次是：有不是上下
文有关语言的0型语言，有不是上下文无关
语言的1型语言，有不是正那么语言的上下
文无关语言
编译原理 计算机学院 李金厚
几个理论共识
➢结论1：0型文法(短语构造文法)的能力相 当于图灵机，可以表征任何递归可枚举集， 而且任何0型语言都是递归可枚举的
➢
L(G)= {0n1n|n≥1}集合表示形式
编译原理 计算机学院 李金厚
文法、语言和句子
➢ 例 文法G[S]： ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢
〔1〕S→aSBE 〔2〕S→aBE 〔3〕EB→BE 〔4〕aB→ab 〔5〕bB→bb 〔6〕bE→be 〔7〕eE→ee
L(G)={ anbnen | n≥1 }
➢
要对程序设计语言给出准确无二义的语
法描述，严谨、简洁、易读
➢ 形式化工具
➢ “形式化〞是指这样的事实：语言的所有规那 么只以什麽符号串能出现的方式来陈述，形式化 很像是数学的符号化
编译原理 计算机学院 李金厚
文法的直观概念
➢ 以自然语言为例，人们罗列出所有的句子，但人 们可以给出一些规那么，用它们来说明或定义句 子合理的组成构造
➢ 通过观察可以知道，上述文法定义的句子是用符 号a，+，*，( 以及 )构成的算术表达式
编译原理 计算机学院 李金厚
语言、文法和句子
➢例，由文法G生成的语言记为L(G),它是文 法G的一切句子的集合: L(G)={x|S * x，其中S为文法的开场符 号，且x ∈VT*}
➢

代码生成
编译器可以将高级语言编写的源代码转换成机器语言或低级语言，以便在特定的硬件平台上运行。编 译器还可以生成可执行文件或动态链接库等二进制文件。
编译器在人工智能领域的应用
机器学习编译器
机器学习编译器可以将机器学习模型转换成可执行代码，以便在嵌入式设备或边缘计算 设备上运行。这种编译器可以优化模型的计算性能和内存占用，提高模型的运行效率。
3
缺点
对于某些复杂文法，可能导致大量的无用推导和 状态爆炸。
自底向上的语法分析
分析步骤
从输入符号序列的最后一个符号开始，逐步向上构建语法树，直 到找到与文法中的某个产生式右部匹配的符号串。
优点
可以充分利用已知信息，避免不必要的推导和状态爆炸。
缺点
对于某些复杂文法，可能导致大量的无用归约和状态爆炸。
04
中间代码生成
中间代码生成的定义和任务
定义
中间代码生成是编译器的一个阶段，将源代码转换成中间代码的过程。
任务
将源代码转换成一种中间表示形式，以便进行后续的优化和目标代码生成。
三地址代码的生成
01
三地址代码是一种中间代码形 式，由一系列的三元式组成。
02
三元式的形式为(op, arg1, arg2)，表示执行一个操作(op) 并产生一个结果，操作数arg1 和arg2来自寄存器、常数或之 前的计算结果。
语义分析
检查AST是否有语义错误，如类型错 误、未定义的变量等。
中间代码生成
将AST转换为中间代码，通常是三地 址代码。
代码优化
对中间代码进行优化，提高执行效 率。
代码生成
将中间代码转换为机器语言代码， 能够在特定硬件上执行。
编译器的分类

预测分析表
3
表驱动的预测分析程序模型
khk
4
实现步骤：
（1） 判断文法是否为LL(1)文法。 如果文法中含有左递归，必须先消除 左递归
（2）构造预测分析表 ： Select(A ) （3）列出预测分析过程
khk
5
第6章：自底向上分析方法
自底向上分析方法，也称移进归约分析法
实现思想（是推导的逆过程）：
对输入符号串自左向右进行扫描，并将输入符逐个 移入一个后进先出栈中，边移入边分析，一旦栈顶 符号串形成某个句型的可归约串时，就用该产生式 的左部非终结符代替相应右部的文法符号串，称为 归约。重复这一过程，直到归约到栈中只剩下文法 的开始符号时，则分析成功。
关键问题
khk
6
移进—规约分析（Shift-reduce parsing)
＋
A a
可得 b <. a
由A→( B 且B＋ ( B… 可得 (<. (
＋
B aa…
可得 (<. a
＋
B Aa )
可得 (<. A
khk
18
A(B(Aa) …)
(3) 求> .关系:
A(B…B
＋
Aa
由S→bAb，且A…) 可得 ) > . b
A＋…B 可得 B > . b
khk
88
例1：文法
SaAcBe A b A Ab B d
输入串abbcde#分析
khk
9
归约分析过程（移进归约）：
步骤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1kh1k
符号栈 # #a #ab #aA #aAb #aA #aAc #aAcd #aAcB #aAcBe #S

a
开始 0 a
1b
2
b 第11页/共130页
12
正规文法形式： A→a或A→Ba（左线性）或A→aB（右 线
性）其中：A,B∈Vn， a∈Vt 正规文法描述语言单词，状态转换图可识别单词，它们 之间存在等价关系。
一.对于右线性文法构造状态转换图 设G=(Vn,Vt,P,S)是一右线性文法,Vn中的每个非终结符 号对应状态图中的一个结点,且Ｇ的开始符号Ｓ所标记的 结点为初态结点; 增设一个不属于Ｖ的符号F标记终态结点。 |VN|=k,共有k+1个节点（状态）。
27
例:设有正则文法G[S]： S→U0|V1 U→S1|1 V→S0|0 画出该文法对应的状态图。
1
R
0
1
V
0
图3.5 状态图
U
10
S
例:对句子0110进行的分析。
首先，在开始状态R下扫描的第一个符号是0，转到状态 V，表示0是句柄，归约到V。接下来，在状态V扫描1， 转到状态S，此时句柄为V1，归约成S。再往下扫描1，由 状态S转到状态U，表示句柄为S1归约为U。最后，扫描0 ，转到状态S，此时句柄为U0，归约为S，
第13页/共130页
14
例如：文法G[S]
S→aU|bV
U→bV|a
V→aU|b
a
U
S b
b V
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a
a Q
b
15
G［S］：
S→aA|bB
A→bB|aD|a
B→aA|bD|ba NhomakorabeaA
a
D→aD|bD|a|b
a
S
ba
a
bB
D
b
b

编译程序
将一种语言书写的程序翻译成另一种语 言的等价的程序。 编译程序的输入对象称为源程序。 编译程序的输出对象称为目标程序。
高级语言程序的处理过程
常用的翻译工具有3种
根据被翻译语言与执行方式的不同 1.汇编程序
用于特定计算机上的汇编语言的翻译程序。
2.编译程序 3.解释程序
对源程序进行翻译的程序
sum = first+count*10
id1∶=id2+id3*10 四元式(运算符,运算对象1,运算对象2,结果)
5.中间代码优化
任务：通过调整和改变中间代码中某些 操作的次序，最终产生更加高效率的目 标代码 优化所依循的原则是程序的等价变换规 则 其方法有：公共子表达式的提取、循环 优化、删除无用代码等。
任务：扫描源程序，根据语言的词 法规则，分解和识别出每个单词， 并把单词翻译成相应的机内表示。 单词是语言中最小的语义单位 在词法分析阶段工作所依循的是语 言的词法规则。描述词法规则的有 效工具是正规式和有限自动机。
Pascal源程序片断
position := initial + rate * 60
二.编译程序概述
源程序 词法分析 语法分析 语义分析 中间代码生成 代码优化 目标代码生成
目标程序
英译与编译的比较
1.识别出句子中的一个个单 1.词法分析 字
2.分析句子的语法结构
2.语法分析
3.初步翻译句子的含意
3.语义分析中间代码 生成
4.译文修饰
4.优化
5.写出最后译文
5.目标代码生成
1.词法分析
表格与表格管理
编译过程中源程序的各种信息被保留在 种种不同的表格里，编译各阶段的工作 都涉及到构造、查找或更新有关的表格， 因此需要有表格管理的工作

了解中间代码生成的概念和它在编译过程中的角色。 学习四元式和三地址码的表示和生成方式，以及中间代码优化的技巧。
六、代码生成
了解目标机器的指令系统和存储结构，以及它们对代码生成的影响。 学习寄存器分配和目标代码生成的基本原理和方法。
七、附录
参考文献提供了进一步学习编译原理的资源。 课程总结将回顾课程中学到的重要知识，并概述关键概念和技术。 问题解答将回答学生在课程学习中提出的问题。 课程评价将收集学生对课程的反馈和评价，以便对将来的课程进行改进。
《编译原理》PPT课件
编译原理PPT课件将带您深入了解编译原理的重要概念和技术。这个课程介绍 了编译原理的意义以及编译过程的概述。
一、引言
课程介绍编译原理的重要性，让您理解为什么编译原理对于软件开发非常关 键。 编译过程的概述将带您了解传统的编译过程中涉及的各个阶段和任务。
二、词法分析
词法分析是编译过程中的第一步，了解词法分析的作用以及它在编译器中的 实现。 掌握正则表达式和有限自动机的概念，这些是实现词法分骤，理解它的作用和不同的语法分析方法。 学习上下文无关文法以及LL(1)语法分析器和LR(1)语法分析器的实现原理。
四、语义分析
语义分析是编译过程中的重要一环，了解它的作用和涉及的任务。 学习语义动作、符号表管理和类型检查，以及如何进行语法制导翻译。
五、中间代码生成

编译原理实践及应用
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《编译原理实践及应用》
教材及主要参考资料
• 教材：编译原理实践及应用，黄贤英，清华大
学出版社
• 主要参考资料： • (1) 编译原理，陈火旺，国防工业出版社 • (2)程序设计语言编译方法，肖军模，大连理工
大学出版社
• (3)编译原理，张素琴，吕映芝，清华大学出版社 • (4)编译原理，alfred V.Aho等著，李建中等译，人民
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《编译原理实践及应用》
第10页
第一章
引论
《编译原理实践及应用》
本章要求
• 主要内容：各种翻译程序的概念，编译 过程和阶段划分，编译程序的组成和结 构，编译程序的构造方法
• 重点掌握：编译程序工作的基本过程及 其各阶段的基本任务，编译程序总框。
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《编译原理实践及应用》
• (2) 学习数据结构，建立“算法”的概念，对编程有更深入的 理解。遇到问题的时候，能够寻找相应的数据结构模型，设计 适当的算法来解决问题；
• (3) 学习汇编语言，这门课程是我们真正深入了解计算机内部 工作的第一门课程。通过学习了解汇编语言如何变为机器语言， 如何对应于一条指令；
• (4) 计算机组成原理课程的学习使我们了解到计算机的硬件组 成，以及机器指令程序如何在计算机中运行的过程。
❖ 编译程序（Compiler）——将高级程序设计语言 程序翻译成逻辑上等价的低级语言(汇编语言,机 器语言)程序的翻译程序。
❖ 功能 源程序
编译程序
目标程序
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输入数据 计算机运行
《编译原理实践及应用》
结果
第14页
计算机中的语言层次和转换关系

字符串 表示的 字符
词 法 单词符号 分
语 法 分
源程序
析 取下一个 析 器 单词符号 器
0
l
d /
:
;
其它
l|d
01
非d
2
非l
d
03
非d
4
5 6
7
8
9
10
11
非和
非
12
13
14
非
15
16
17
2.语法分析
2.1 任务： –在词法分析的基础上，根据语言的语法规则， 逐一分析词法分析时得到的属性字，检查语法 错误，若没有错误，则给出正确的语法结构 （如短语、子句、句子、程序段、程序等）。
• 提取公共左因子:
假定关于A的规则是 A→ 1 | 2 | …| n | 1 | 2 | … | m (其中，每个 不以开头)
那么，可以把这些规则改写成
A→A | 1 | 2 | … | m A→ 1 | 2 | … | n
• 经过反复提取左因子，就能够把每个非终 结符(包括新引进者)的所有候选首符集变成 为两两不相交。
编译原理
• 概论 • 词法分析 • 语法分析 • 语义分析 • 中间代码生成 • 优化 • 目标代码生成
一. 概论
1.1 翻译程序
源程序
翻译程序
目标程序
汇编程序：源语言为汇编语言，目标语言为
翻
机器语言
译 编译程序：源语言为高级语言，目标语言为
程
某台计算机上的汇编语言或机器 语言
序 解释程序：能够按源程序的动态顺序逐句进
行分析解释，根据语句功能翻译
成与该语句相应的机器指令序
列，并立即执行，直至结束。

它是源程序的一种内部表示形式。 设计中间代码的原则：一是容易生成，二是
容易翻译成目标代码。 常用的中间代码有三地址码、四元式、三元
式、间接三元式、逆波兰表示（后缀式）、 树形表示等。
14
中间代码：四元式
例： id1:=id2+id3*10
sum:=first+count*10 翻译为四元式中间代码的形式：
5
1.2 编译程序的工作过程与结构
一个编译程序的整个工作过程是划分成阶段 进行的，每个阶段将源程序从一种表示形式 转换成另一种表示形式。
编译阶段的典型划分方法是划分为5个基本阶 段：词法分析、语法分析、语义分析产生中 间代码、代码优化、代码生成。
掌握编译过程的5个基本阶段，是学习编译原 理课程的基本内容。
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自编译：T形图表示
PASCAL2
A代码
PASCAL2
A代码
PASCAL1 PASCAL1
A代码 A代码
用PASCAL1语言 编写的功能更
强的PASCAL2语 言编译程序的
Ａ代码
已有的PASCAL1 语言的编译程序
自编译得到
功能更强的
PASCAL2语言 的编译程序
源程序
注意：T形图的组合规则：① ②
Java语言的操作平台无关性的实现就是如此。
26
1.3 编译程序的开发
构造编译程序，可以：
1. 使用机器语言或汇编语言作工具构造 2. 使用高级语言作工具构造 3. 使用机器语言或汇编语言构造编译程序的核心
部分，使用高级语言构造编译程序的扩充部分 4. 使用编译程序自动生成工具构造
使用高级语言作工具构造编译程序可以大大节 省程序设计的时间，并且编译程序易于阅读、 维护和移植。