编译原理陈意云28页PPT

编译原理和技术
中国科学技术大学 计算机科学与技术学院 陈意云
第七章 中间代码生成
记号 分析 流 器 本章内容
–介绍几种常用的中间表示：后缀表示、图形表示 和三地址代码 –用语法制导定义和翻译方案来说明源语言的各种 构造怎样被翻译成中间形式
静态 检查 器
中间 代码 中间 代码 生成 代码 生成 器 器
7.1 中 间 语 言
7.1.2 图形表示 • 语法树是一种图形化的中间表示 • 有向无环图也是一种中间表示
assign a + + a assign +
+ c uminus d uminus c c d d b b (b) DAG (a) 语法树 a = (b + cd) + cd的图形表示
7.1 中 间 语 言
7.1.4 静态单赋值形式 • 一种便于某些代码优化的中间表示 • 和三地址代码的主要区别
– 所有赋值指令都是对不同名字的变量的赋值 – 一个变量在不同路径上都定值的解决办法 if (flag) x = 1; else x = 1; y = x a; 改成 if (flag) x1 = 1; else x2 = 1; x3 = (x1, x2); //由flag的值决定用x1还是x2
E E1 E2 E.nptr = mkNode( ‘’, E1.nptr, E2.nptr) E.nptr = mkUNode( ‘uminus’, E1.nptr) E E1 E (E1) F id E.nptr = E1.nptr E.nptr = mkLeaf (id, id.entry)
符号表实例
7.2 声 明 语 句
• 符号表的特点
–各过程有各自的符号表 –符号表之间有双向链 –构造符号表时需要符号表栈 –构造符号表需要活动记录栈 sort var a:…; x:…; readarray var i:…; exchange quicksort var k, v:…; partition var i, j:…;

5
3.2
• 考虑文法 S -> aSbS|bSaS|ε (a) 为句子abab构造两个不同的最左推导， 以说明此文法二义 (b) 为abab构造对应的最右推导 (c) 为abab构造对应的分析树 (d) 这个文法产生的语言是什么
2019/3/22
luanj@
6
3.2 (续)
luanj@ 9
2019/3/22
3.4 (续)
• 该文法没有体现运算符 |、*、() 、并置的优 先级，因而是二义的。
R=>R|R=> a|R =>a|R*=>a|b* R=>R*=>R|R*=>a|R*=>a|b*
• E -> E’|’T | T T -> TF | F F -> F* | (E) | a | b
• (1) S=>aSbS=>abS=>abaSbS=>ababS=>abab (2) S=>aSbS=>abSaSbS=>abaSbS=>ababS=>abab • S=>aSbS=>aSb=>abSaSb=> abSab =>abab (2)
S a S ε b a S ε (1) 描述的语言是a,b数目相等的串 S b S ε S
S
( L S a L , ( L S a
2019/3/22 luanj@ 3
) S L , ) S a
3.1 (续) - (a,((a,a),(a,a)))
S =>(L) =>(L,S) =>(S,S) =>(a,S) =>(a,(L)) =>(a,(L,S)) =>(a,(S,S)) =>(a,((L),S)) =>(a,((L,S),S)) =>(a,((S,S),S)) =>(a,((a,S),S)) =>(a,((a,a),S)) =>(a,((a,a),(L))) =>(a,((a,a),(L,S))) =>(a,((a,a),(S,S))) =>(a,((a,a),(a,S))) =>(a,((a,a),(a,a))) S =>(L) =>(L,S) =>(L,(L)) =>(L,(L,S)) =>(L,(L,(L))) =>(L,(L,(L,S))) =>(L,(L,(L,a))) =>(L,(L,(S,a))) =>(L,(L,(a,a))) =>(L,(S,(a,a))) =>(L,((L),(a,a))) =>(L,((L,S),(a,a))) =>(L,((L,a),(a,a))) =>(L,((S,a),(a,a))) =>(L,((a,a),(a,a))) =>(S,((a,a),(a,a))) =>(a,((a,a),(a,a)))

56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
编译原理陈意云
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。

2021/4/3
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6.5
• 假定使用:(a)值调用;(b)引用调用;(c)值-结果调用;(d)换名 调用。下面程序的结果分别是什么？
program main(input, output); var a, b : integer; procedure p(x, y, z : integer); begin y := y + 1; z := z + x; end; begin a := 2; b := 3; p(a + b, a, a); print a; end.
.long 10 –aa静态置初值
.globl bb
--bb分配在静态数据区，作
用域为全局，可以被其他文件引用，
生存期为整个程序
.align 2
.type bb,@object
.size bb,2
bb:
.value 20 –bb静态置初值
.align 4
.type cc.2,@object
.size cc.2,4
• 常量区连续分配
• 因而本题中”12345”和”abcdefghij”存储为 1 2 3 4 5 \0 a b c d e f g h i j \0
cp1
cp2
拷贝后结果为
a b c d e f g h i j \0 f g h i j \0
cp1
cp2
• 现代编译器编译通过，执行时会出错。(GCC: 段错误 / VC 非法访问)
short i1, j1; float f1, e1; printf(“Address of i, j, f,e = %o,%o,%o,%o\n”, &i, &j, &f, &e); printf(“Address of i1,j1,f1,e1 = %o,%o,%o,%o\n”, &i1, &j1, &f1, &e1); printf(“Address of short,int,long,float,double = %d,%d,%d,%d,%d\n”, sizeof(short), sizeof(int), sizeof(long), sizeof(float), sizeof(double)); } main(){ short i, j; float f, e; func(i, j, f, e); } 运行结果：

动态对应 过程的活动
6.1 局部存储分配
3、静态概念和动态概念的对应
静态概念 过程的定义 名字的声明
动态对应 过程的活动 名字的绑定
6.1 局部存储分配
3、静态概念和动态概念的对应
静态概念 过程的定义 名字的声明 声明的作用域
动态对应 过程的活动 名字的绑定 绑定的生存期
6.1 局部存储分配
6.1.3 活动记录 活动记录的常见布局
q(5,9) p(5,9) q(5,5) q(7,9)
p(2,3) q(2,1) q(3,3) p(7,9) q(7,7) q(9,9)
6.2 全局栈式存储分配
2、运行栈：把控制栈中的信息拓广到包括过程 活动所需的所有局部信息（即活动记录）
6.2 全局栈式存储分配
2、运行栈：把控制栈中的信息拓广到包括过程 活动所需的所有局部信息（即活动记录）
base_sp 控制链
域和临时数据域的
和保存的机器状态 大小增加top_sp的
返回值和参数 临时数据局部数据
控制链 和保存的机器状态
值，初始化它的局 部数据，并开始执 行过程体
返回值和参数
6.2 全局栈式存储分配
调用者p和被调用者q之间的任务划分
top_sp
临时数据局部数据 被调用者q的责任
base_sp 控制链
char c1; 0
long i; 4
char c2; 1
char c2; 8
long i; 4
double f; 16
double f; 8
}a;
}b;
对齐：char : 1, long : 4, double : 8
6.1 局部存储分配
• 例 在X86/Linux机器的结果和SPARC/Solaris 工作站不一样，是20和16。

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

第二章 词法分析
记号(token) 源程序 词法分析器 取下一个记号 符号表 语法分析器
本章内容
– 词法分析器：把构成源程序的字符流翻译成 记号流，还完成和用户接口的一些任务 – 围绕词法分析器的自动生成展开 – 介绍正规式、状态转换图和有限自动机概念
2.1 词法记号及属性
2.1.1 词法记号、模式、词法单元
三地址中间代码
1.1 编译器概述
t1 = id3 * 60.0 id1 = id2 + t1 代码生成器 MOVF id3, R2 MULF #60.0, R2 MOVF id2, R1 ADDF R2, R1 MOVF R1, id1
三地址中间代码
符 号 表 1 position . . . ... 2 initial ... 3 rate
1.2 编译器技术的应用
• 新计算机体系结构的设计
– 现在计算机系统的性能不仅仅取决于它的原始速 度，还取决于编译器是否能生成充分利用其特征 的代码 – 在现代计算机体系结构的研究中，在处理器的设 计阶段就开发编译器，并将编译生成的代码在模 拟器上运行，以评价拟采用体系结构的特征 – 编译器技术影响计算机体系结构设计的一个著名 例子是精简指令集计算机（RISC）的发明
60
语法树
= id, 1
1.1 编译器概述
+
id, 2 id, 3 语义分析器 = +
语法树
60 符 号 表 1 position . . . ... 2 initial ... 3 rate
id, 1
id, 2 语法树 inttofloat id, 3 60
1.2 编译器技术的应用
• 针对计算机体系结构的优化

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

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。
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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。
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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。