第一章 编译原理概述

编译原理课程设计教案第一章：编译原理概述1.1 编译器的作用与重要性解释编译器将高级语言程序转换为机器语言程序的过程强调编译器在软件开发中的关键角色1.2 编译原理的基本概念介绍编译程序的基本组成部分，如词法分析器、语法分析器、语义分析器、中间代码器、目标代码器和代码优化器等解释源程序、目标程序和中间代码的概念1.3 编译过程的阶段详细介绍编译过程的各个阶段，包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码、代码优化和目标代码强调每个阶段的目标和重要性第二章：词法分析2.1 词法分析的基本概念解释词法分析器的任务和作用介绍词法单位的概念，如标识符、关键字、常量和符号等2.2 词法分析的技术和方法介绍词法分析常用的技术和方法，如有限自动机、正则表达式和词法规则等解释词法分析过程中的扫描线和词法单元的产生过程2.3 词法分析器的实现介绍如何实现一个简单的词法分析器，包括词法规则的定义和词法分析器的构造提供相关的编程练习，让学生通过编写代码实现基本的词法分析功能第三章：语法分析3.1 语法分析的基本概念解释语法分析器的任务和作用介绍语法规则和语法树的概念3.2 语法分析的技术和方法介绍语法分析常用的技术和方法，如递归下降分析法、LL分析法、LR分析法等解释语法分析过程中的分析表和状态机的概念3.3 语法分析器的实现介绍如何实现一个简单的语法分析器，包括语法规则的定义和语法分析器的构造提供相关的编程练习，让学生通过编写代码实现基本的语法分析功能第四章：语义分析4.1 语义分析的基本概念解释语义分析器的任务和作用介绍语义规则和语义错误的概念4.2 语义分析的技术和方法介绍语义分析常用的技术和方法，如类型检查、上下文无关文法分析、语义规则等解释语义分析过程中的语义规则和语义冲突的解决方法4.3 语义分析器的实现介绍如何实现一个简单的语义分析器，包括语义规则的定义和语义分析器的构造提供相关的编程练习，让学生通过编写代码实现基本的语义分析功能第五章：中间代码5.1 中间代码的基本概念解释中间代码器的任务和作用介绍中间代码的概念和中间代码的原则5.2 中间代码的技术和方法介绍中间代码的常用技术和方法，如三地址代码、静态单赋值代码等解释中间代码过程中的基本规则和操作符的转换5.3 中间代码器的实现介绍如何实现一个简单的中间代码器，包括中间代码的定义和中间代码器的构造提供相关的编程练习，让学生通过编写代码实现基本的中间代码功能第六章：代码优化6.1 代码优化的基本概念解释代码优化器的任务和作用介绍代码优化的目标和常见的优化技术6.2 常见代码优化技术详细介绍各种代码优化技术，如常量折叠、死代码消除、循环优化、表达式简化等强调优化技术对提高程序性能的重要性6.3 代码优化器的实现介绍如何实现一个简单的代码优化器，包括优化规则的定义和代码优化器的构造提供相关的编程练习，让学生通过编写代码实现基本的代码优化功能第七章：目标代码7.1 目标代码的基本概念解释目标代码器的任务和作用介绍目标代码的概念和目标代码的原则7.2 目标代码的技术和方法介绍目标代码的常用技术和方法，如寄存器分配、指令调度等解释目标代码过程中的基本规则和操作符的转换7.3 目标代码器的实现介绍如何实现一个简单的目标代码器，包括目标代码的定义和目标代码器的构造提供相关的编程练习，让学生通过编写代码实现基本的目标代码功能第八章：调试技术8.1 调试技术的基本概念解释调试器的作用和重要性介绍调试过程中的常见问题和调试技术8.2 调试器的结构和原理详细介绍调试器的结构和原理，如断点、单步执行、查看变量等功能强调调试技术对发现和修复程序错误的重要性8.3 调试器的实现介绍如何实现一个简单的调试器，包括断点的设置、单步执行、变量查看等功能提供相关的编程练习，让学生通过编写代码实现基本的调试功能第九章：编译器性能评价9.1 编译器性能评价的基本概念解释编译器性能评价的目的和方法介绍编译器性能评价的指标和评价方法9.2 编译器性能评价的指标和评价方法详细介绍编译器性能评价的指标，如执行速度、内存占用、编译时间等介绍常用的编译器性能评价方法和工具9.3 编译器性能评价的实践介绍如何进行编译器性能评价的实践，包括评价指标的选取和评价方法的实施提供相关的实践练习，让学生通过实际操作评价编译器的性能第十章：编译原理应用与发展趋势10.1 编译原理在软件开发中的应用介绍编译原理在软件开发中的应用领域，如解释器设计、即时编译、程序分析等强调编译原理在提高程序性能和开发效率方面的重要性10.2 编译原理的研究现状与未来发展介绍编译原理研究领域的前沿技术和最新研究成果探讨编译原理未来的发展趋势和挑战10.3 编译原理在实践中的应用案例分析分析编译原理在实际项目中的应用案例，如开源编译器项目、商业编译器产品等引导学生思考如何将编译原理应用于实际工程实践中的问题重点和难点解析重点环节一：编译器的作用与重要性编译器作为程序设计语言和计算机硬件之间的桥梁，其作用不可忽视。

第一章 引论• 为什么要用编译器 • 与编译器相关的程序 • 翻译步骤• 编译器中的主要数据结构1、语言处理器 1、简单的说，一个编译器就是一个程序，它可以阅读以某一种语言（源语言）编写的程序，并把该程序翻译成一个等价的、用另一种语言（目标语言）编写的程序。

2、编译器的重要任务之一就是报告它在翻译过程中发现的源程序中的错误。

3、使用编译器是为了提高编程的速度和准确度。

4、与编译器相关的程序：解释程序（interpreter ）、汇编程序（assembler ）、连接程序（linker ）、装入程序（loader ）、预处理器（preprocessor ）、编辑器（editor ）、调试程序（debugger ）、描述器（profiler ）、项目管理程序（project manager ）。

5、解释器是另一种常见的语言处理器。

它并不通过翻译的方法生成目标程序。

从用户的角度来看，解释器直接利用用户提供的输入执行源程序中指定的操作。

6、一个源程序可能被分割成多个模块，并存放于独立的文件中。

把源程序聚合在一起的任务有时会由一个被称为预处理器（preprocessor ）的程序独立完成。

预处理器还负责把那些称为宏的缩写形式转换为源语言的语句。

7、连接器（linker ）能够解决外部内存地址的问题。

8、加载器（loader ）把所有的可执行目标文件放到内存中执行。

2、一个编译器的结构OutputSourceProgramFront endBack endObject1、将编译器看成黑盒，则源程序映射为在语义上等价的目标程序，而这个映射由两部分组成：分析部分和综合部分。

2、分析部分把源程序分解成多个组成要素，并在这些要素之上加上语法结构。

3、综合部分根据中间表示和符号表中的信息来构造用户期待的目标程序。

4、编译器的第一个步骤：词法分析（lexical）或扫描（scanning）。

词法分析器读入组成源程序的字符流，并且将它们组成有意义的词素（lexeme）的序列。

第一章概述计算机由硬件和软件组成，软件又包括程序设计语言、系统软件和应用软件，而编译系统属系统软件。

最早人们只能使用计算机可直接接受的机器语言，到1956年，在IBM704计算机上构造了第一个FORTRAN编译程序，使人们从繁重的机器语言程序设计中解放出来。

计算机是一种逻辑电子装置，它只能接受二进制数，要使得计算机接受高级语言程序，就要借助于编译程序将高级语言程序翻译成机器可接受的机器语言。

§1编译程序和解释程序：要在计算机上实现除机器语言之外的任一程序设计语言，就首先应使此语言为计算机所“理解”。

解决这一问题的方法有两种：一种是对程序进行翻译；另一种是对程序进行解释。

翻译程序：①汇编程序②编译程序翻译程序：是把一种语言编写的程序翻译成等价的另一种语言的程序；前一种语言称为源语言，后一种语言称为目标语言；根据源语言和目标语言的不同，有各种不同的翻译程序：汇编程序：若源语言是汇编语言，目标语言是机器语言，这种翻译程序称为汇编程序。

编译程序：若源语言是高级语言，而目标语言是某计算机的汇编语言或机器语言，这种翻译程序称为编译程序。

解释程序：它以用该语言编写的源程序作为输入，但不产生目标程序，而是按照源语言的定义边解释边执行源程序本身。

通常的编译程序是先将源程序比较简单地翻译成某种中间形式的程序，然后再对这种中间形式进行解释；这种中间形式的语言有多种：波兰表示、三元组、四元组、树、伪代码等。

编译程序和解释程序相比，解释程序的执行效率比较低，但占用时间较少。

§2编译程序的组成部分：编译程序将首先根据源语言的定义来对源程序进行分析，之后进行综合，并从而得到与源程序等价的目标程序；分析：对源程序进行结构分析和语义分析；综合：创建出与源程序等价的目标程序；结构分析：①词法分析②语法分析综合：①中间代码生成②代码生成每一个编译程序一般都要做以下几个方面的工作：①词法分析②语法分析③语义分析④中间代码生成⑤代码生成⑥代码优化目标程序图1。

第一章引论知识结构：翻译程序的分类编译程序编译方法与解释方法编译程序的分类编译过程编译过程编译程序的组成编译程序的功能引言编译程序逻辑结构编译程序的结构编译程序组织方式编译程序的划分编译程序的设计表示形式编译程序的生成编译程序的移植第一节什么叫编译程序一、程序设计语言的分类1、程序源程序：用源语言（基本符号，关键字）编写的程序，它是翻译程序加工的对象。

中间程序（中间代码）：是一种结构简单，含义明确的记号系统。

目标程序：源语言程序经过翻译程序加工最后得到的目标语言程序。

翻译程序：将一种语言程序（源程序）转换成另一种语言程序（目标程序），后者与前者在逻辑上是等价的。

被翻译的程序翻译后的结果程序2、程序设计语言程序设计语言是用来编写程序的工具，可分为两大类：⑴低级语言机器语言：计算机的指令系统，可以被计算机直接执行的语言。

汇编语言：依赖于计算机抽象出来的一种符号语言，它是机器指令系统的符号化，具有宏指令功能的面向机器语言。

⑵高级语言不依赖计算机，为描述实际问题需要而设计的一个记号系统。

二、翻译程序的分类编译程序：将源程序翻译成等价的目标程序（汇编语言或机器语言）。

解释程序：按源程序中语句动态顺序，边解释，边执行。

汇编程序：将汇编语言编写的程序翻译成机器指令序列。

三、高级语言的翻译方式编译方式（类似笔译）：⑴编译阶段把源程序翻译成等价的目标程序（汇编语言，机器语言）。

①汇编语言（输出结果）编译阶段汇编阶段②机器语言（输出结果）⑵运行阶段编译程序与运行系统合称编译系统。

解释方式（类似口译）：对源程序的每一个语句边解释，边执行，不产生目标程序。

四、编译程序的特点1、翻译过程是一种功能上等价的翻译。

2、输出结果是（机器语言或汇编语言）低级语言。

3、编译程序与具体的语言和机器有关。

4、被编译的源程序是被加工的对象，目标程序是加工的结果。

五、编译程序与解释程序的区别编译程序与解释程序的区别在于是否生成目标代码。

六、高级语言与翻译的关系七、编译程序的分类1、诊断编译程序用于帮助程序开发和调试的编译程序。

编译原理第1章第一章编译概述2.典型的编译程序可划分为几部分？各部分的主要功能是什么？每部分都是必不可少的吗？答：编译程序主要由词法分析程序、语法分析程序、语义分析程序、中间代码生成程序、代码优化程序、目标代码生成程序、信息表管理程序、错误检查处理程序组成。

各部分的主要功能如下：词法分析程序又称扫描器。

进行词法分析时，依次读入源程序中的每个字符，依据语言的构词规则，识别出一个个具有独立意义的最小语法单元，即“单词”，并用某个单词符号来表示每个单词的词性是标识符、分界符还是数；语法分析程序的功能是：对词法分析的结果，根据语言规则，将一个个单词符号组成语言的各种语法类；语义分析的功能是确定源程序的语义是否正确；中间代码生成程序的功能是将源程序生成一种更易于产生、易于翻译成目标程序的中间代码；代码优化程序的功能是将中间代码中重复和冗余部分进行优化，提高目标程序的执行效率；目标代码生成程序的功能是将中间代码生成特定机器上的机器语言代码；符号表管理程序的功能是记录源程序中出现的标识符，并收集每个标识符的各种属性信息；错误处理程序的功能是应对在编译各个阶段中出现的错误做适当的处理，从而使编译能够继续进行。

编译程序的每部分都是必不可少的。

3.解释方式和编译方式的区别是什么？答：解释方式最终并不生成目标程序，这是编译方式与解释方式的根本区别。

解释方式很适合于程序调试，易于查错，在程序执行中可以修改程序，但与编译方式相比，执行效率太低。

4.论述多遍扫描编译程序的优缺点？答：优点：（1）可以减少内存容量的需求，分遍后，以遍为单位分别调用编译的各个子程序，各遍程序可以相互覆盖；（2）可使各遍的编译程序相互独立，结构清晰；（3）能够进行充分的优化，产生高质量的目标程序；（4）可将编译程序分为“前端”和“后端”，有利于编译程序的移植。

缺点是每遍都要读符号、送符号，增加了许多重复性工作，降低了编译效率。

第一章概述1．1 编译程序的概念计算机硬件的最核心部件是CPU（Computer Processor Unit）即中央处理器，CPU能够执行的指令是二进制形式的指令即机器指令，机器指令的集合称机器语言。

用机器指令书写的程序可以说无法阅读，程序设计的效率极低甚至可以说无法进行程序设计。

机器指令的助记符形式称汇编指令，比如MOV是数据传送指令，助记符形式的汇编指令的集合称汇编语言。

汇编语言的出现使得程序设计的效率有所提高，即使现在，汇编语言仍是编制设备驱动程序的重要工具。

但是，汇编语言书写的程序不能直接在CPU中运行，需要汇编程序（Assembler）把汇编语言书写的源程序（Source Program）汇编成机器语言程序才能在CPU中运行。

汇编的过程可以用下图表示：（源程序）（目标程序）汇编语言与机器语言类似，仍然依赖于计算机，使用起来繁琐、易出错、可读必差、缺乏通用性，因此面向过程的高级语言、面向对象的高级语言相继出现了。

例如面向过程的高级语言：Basic、Pascal、Fortran、C语言等等；面向对象的高级语言Visual Basic、Visual C++、Delphi、PowerBuilder等等。

把高级语言翻译（Translator）成汇编语言程序或机器语言程序的程序称为编译程序（Compiler）。

汇编语言与机器语言亦称低级语言。

对高级语言书写的源程序进行编译的过程可以用下图表示：编译程序翻译目标程序（Object Program）一般指低级语言程序。

综上所述，可以看出编译程序在计算机系统中的重要地位。

不同的高级程序设计语言需要不同的编译程序，同一种高级程序设计语言在不同的计算机上需要不同的编译程序。

有了编译程序，程序设计人员就不需要考虑与计算机硬件有关的绝大部分甚至全部细节，使程序设计独立与计算机，即同一个高级语言源程序可以在不同的计算机上运行。

在计算机上运行一个高级语言源程序一般分为两步：第一步是通过编译程序把源程序翻译成目标程序；第二步是运行或称执行目标程序。