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程序分析程序分析（Program Analysis）目录[隐藏]∙ 1 什么是程序分析∙ 2 程序分析的目的∙ 3 程序分析的种类及图表∙ 4 程序分析的记录符号∙ 5 程序分析的技巧∙ 6 程序分析的实施及步骤o 6.1 程序分析的实施o 6.2 程序分析的步骤∙7 程序分析的注意事项∙8 程序分析的优缺点∙9 程序分析案例分析o9.1 案例一:程序分析在摩托车曲轴生产车间的分析[1]∙10 参考文献[编辑]什么是程序分析程序分析是对产品生产过程的工序状态进行记录、分析和改善的必要有效的IE手法，它是把工艺过程中的物流过程及人的工作流程以符号形式进行记录、设计的方法，通过它可以反映工序整体的状态，从而有效地掌握现有流程的问题点，并研究制定改善对策，以提高现有流程效率。
这里特别强调的是程序分析的目的性，任何工作开始之前最为重要的是要抱有鲜明的目的，才能在工作中明确方向达到目标。
因此我们要明确IE程序分析的目的是消除产品生产过程中的全部浪费与不合理，从而提高效率。
所以加工、检查、停滞、搬运任何工序并不因为其存在而合理，衡量的标准是创造价值的合理，否则是浪费。
由此看来除加工以外的任何过程都有浪费的嫌疑。
掌握全部生产过程包括工艺过程、检验过程、运输过程的实际状态发现并去除过程浪费与不合理，是程序分析的主要目的和作用。
[编辑]程序分析的目的程序分析的目的有如下几点：1、准确掌握工艺过程的整体状态∙工艺流程的顺序；∙明确工序的总体关系；∙各工序的作业时间确认；∙发现总体工序不平衡的状态。
2、发现工序问题点∙发现并改进产生浪费的工序；∙发现工时消耗较多的工序，重排简化此工序；∙减少停滞及闲余工序；∙合并一些过于细分或重复的工作。
[编辑]程序分析的种类及图表1、程序分析的种类程序分析包括：工艺程序分析；流程程序分析；布置与路线分析；闲余能量分析；操作时两手的移动分析。
2、程序分析的图表进行程序分析时，应根据研究对象的不同而采用不同图表进行记录，如下图所示：[编辑]程序分析的记录符号实施的基本程序，一个十分重要的步骤是记录现行方法的全部事实。
程序分析课程设计一、教学目标本课程旨在通过程序分析的学习，让学生掌握程序的基本概念、原理和分析方法，培养学生的问题解决能力和创新思维能力。
知识目标：使学生了解程序的基本概念，理解程序的运行原理，掌握程序分析的基本方法和技术。
技能目标：培养学生能够运用程序分析方法解决实际问题，提高学生的编程能力和算法设计能力。
情感态度价值观目标：培养学生对程序分析的兴趣和热情，增强学生的自主学习意识和团队合作精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括程序的基本概念、程序的运行原理、程序分析的基本方法和技术。
具体安排如下：第1-2课时：程序的基本概念，介绍程序的定义、特点和分类。
第3-4课时：程序的运行原理，介绍程序的执行过程、程序的控制结构和程序的调度策略。
第5-6课时：程序分析的基本方法，介绍静态分析和动态分析的方法和应用。
第7-8课时：程序分析的技术，介绍程序分析的工具和技术的发展趋势。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
讲授法：通过教师的讲解，使学生了解和掌握程序分析的基本概念和原理。
讨论法：通过小组讨论，培养学生的思考能力和团队合作精神。
案例分析法：通过分析具体的程序分析案例，使学生掌握程序分析的方法和技术。
实验法：通过实验操作，培养学生的动手能力和创新能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：教材：程序分析教程，为学生提供系统的程序分析知识。
参考书：程序分析的经典著作，为学生提供深入的理论知识。
多媒体资料：程序分析的的教学视频和演示文稿，帮助学生更好地理解程序分析的概念和方法。
实验设备：计算机和网络设备，为学生提供实践操作的机会。
五、教学评估为了全面、客观、公正地评估学生的学习成果，本课程将采取多元化的评估方式。
平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答、小组讨论等表现，评估学生的学习态度和积极性。
程序分析程序分析是指对程序进行系统性、全面性、深入性解剖和评价的过程，旨在发现程序中的问题和潜在风险，并提出优化和改进的建议。
程序分析的目的是为了确保程序的正确性、可靠性、安全性和高效性，从而提高程序的质量和性能。
程序分析主要包括静态分析和动态分析两种方法。
静态分析是在程序还未执行的情况下对程序进行分析，主要通过对程序的源代码或二进制代码进行解析和检查来获取信息。
动态分析是在程序执行过程中对程序进行分析，主要通过观察程序的运行行为和输出结果来获取信息。
静态分析可以通过编译器、解释器或专门的静态分析工具来实现。
其中，编译器和解释器可以检查程序的语法错误和语义错误，但往往无法检查出一些隐藏的逻辑错误和潜在的安全风险。
而专门的静态分析工具可以借助各种分析技术和算法，对程序进行更加深入的分析，从而发现更多的问题和风险。
动态分析可以通过调试器或性能分析工具来实现。
调试器可以在程序执行过程中暂停程序，以便检查程序的执行状态和变量的值。
性能分析工具可以监测程序的运行时间、内存使用量和系统调用等性能指标，从而评估程序的性能和效率。
程序分析的过程中，需要综合运用多种技术和方法。
常用的技术包括程序切片、符号执行、模型检测和数据流分析等。
程序切片可以通过对程序的源代码或二进制代码进行分析，提取与给定目标语句相关的代码片段，从而简化分析的复杂度。
符号执行可以采用符号值代替具体数值，对程序进行路径探索和约束求解，以发现程序的执行路径和可能的错误。
模型检测可以将程序的行为定义为有限状态机，并使用形式化的推理和验证技术来发现程序中的错误。
数据流分析可以通过追踪程序中的变量和数据流向，检测出潜在的错误和漏洞。
在程序分析的过程中，需要关注以下几个方面。
首先，需要分析程序的正确性和逻辑一致性，确保程序按照预期的逻辑进行运行，不会产生不正确的结果。
其次，需要分析程序的性能和效率，评估程序的运行时间、内存使用量和系统调用等指标，从而提高程序的执行效率。
流程程序分析流程程序分析是指对一个流程或者程序进行详细的分析和理解的过程。
在进行流程程序分析时，需要考虑流程的目标、输入、处理过程、输出以及所需的资源等方面。
下面就以一个简单的示例来进行流程程序分析。
假设有一个流程，要实现的目标是计算圆的面积。
输入为圆的半径，输出为圆的面积。
首先，需要明确输入和输出。
输入是一个数值，即圆的半径。
输出也是一个数值，即圆的面积。
接下来，需要确定处理过程。
计算圆的面积的公式是π*r*r，其中π为圆周率，r为圆的半径。
因此，处理过程可以分为两个步骤：先计算r*r，然后再将其乘以π。
在进行这两个步骤时，需要使用的资源有：一个变量用来存储输入的数值，一个变量用来存储计算结果，以及一个常量π。
然后，分析处理过程的具体步骤。
首先，将输入的数值存储到一个变量中。
然后，计算变量的平方，并将结果存储到另一个变量中。
最后，将这个变量的值乘以π，并将结果作为输出。
最后，需要考虑异常情况。
在这个例子中，可能会出现输入错误的情况，比如输入为负数。
对于这种情况，可以在程序中进行判断并给出相应的提示或错误处理。
综上所述，对于这个简单的流程程序，流程程序分析的步骤如下：1. 确定目标：计算圆的面积。
2. 确定输入和输出：输入为圆的半径，输出为圆的面积。
3. 确定处理过程：分为两个步骤，先计算r*r，然后将其乘以π。
4. 确定所需资源：一个变量用来存储输入的数值，一个变量用来存储计算结果，一个常量π。
5. 分析处理过程的具体步骤：存储输入的数值到一个变量，计算变量的平方，并将结果存储到另一个变量，将这个变量的值乘以π，并将结果作为输出。
6. 考虑异常情况：对于输入错误的情况，进行相应的判断和处理。
通过流程程序分析，可以清晰地了解一个流程或者程序的结构、功能和流程，并为后续的设计和实现提供指导和参考。
第四章程序分析第一节程序分析程序分析是工作研究的基础。
如果未作程序分析，预先发现某工序在整个流程中根本不必要，就先作微观的作业分析或动作分析，就可能会造成较大的浪费。
一、程序分析概述（一）程序分析的概念程序分析是依照工作流程，从第一个工作地到最后一个工作地，全面地分析有无多余、重复、不合理的作业，程序是否合理，搬运是否过多，延迟等待是否太长等问题，通过对整个工作过程的逐步分析，改进现行的作业方法及空间布置，提高生产效率。
也可以说，程序分析是通过调查分析现行工作流程，改进流程中不经济、不均衡、不合理的现象，提高工作效率的一种研究方法。
（二）程序分析的特点程序分析具有以下特点：（1）是对生产过程的宏观分析。
它不是针对某个生产岗位、生产环节，而是以整个生产系统为分析对象。
（2）是对生产过程全面、系统而概略的分析。
（三）程序分析的目的程序分析的目的是：1．改善生产过程中不经济、不合理、不科学的作业方法、作业内容以及现场布置，设计出科学、先进、合理的作业方法、作业程序以及现场布置，达到提高生产效率的目的。
2．是工序管理、搬运管理、布局管理、作业编制等获取基础资料的必要手段。
为此，在进行程序分析时可以从如下几个方面入手：（1）从流程上入手。
可以发现工艺流程中是否存在不经济、不合理、停滞和等待等现象；（2）从工序上入手。
可以发现加工顺序是否合理，流程是否畅通，设备配备是否恰当，搬运方法是否合理；（3）从作业入手。
可以发现工序中的某项作业是否一定必要，是否可以取消，是否还有更好的方法。
（四）程序分析的常用符号程序分析的工作流程一般由五种基本活动构成，即加工、检查、搬运、等待和储存。
为了能方便、迅速、正确地表示工作流程，便于分析研究，美国机械工程师学会规定了用表4-1所示的5种符号分别表示加工、检查、搬运、等待和储存这5种基本活动。
表4-1 程序分析的常用符号储存与暂存不一样，储存是有目的的，从储存处取出物品一般需要申请单或其他的票据。
143文章编号：1672-5913(2009)18-0143-04“编译原理”课程的教学内容选择的探讨张 昱，陈意云，郭 宇，李兆鹏(中国科学技术大学 计算机科学与技术学院，安徽 合肥 230026)摘 要：本文根据国外“编译原理”教材的演化情况并结合笔者自己的教学和科研的经验，对国内“编译原理”的教学提出了普通高校本科、重点高校本科和研究生阶段三个不同层次的教学目标，并给出了这三个层次的教学内容的建议，供国内同行参考。
关键词：编译原理；编程语言；教学目标；教学内容 中图分类号：G642 文献标识码：A1 引言编程语言的“编译原理”是计算机专业一门非常有用的核心课程，又是一门需要较大投入的课程。
怎样激发学生的学习热情，努力学好本课程？在正确的教学目标下选择适当的教学内容是非常重要的一环。
基于笔者长期承担“编译原理”教学的体会，以及多年从事编程语言理论和实现技术研究的积累，本文阐述笔者对该问题的认识。
国外和国内分别从二十世纪六十和八十年代开始设置“编译原理”课程，几十年来，“编译原理”课程可以讲授的内容越来越多，从文献[1，2]这两本专著的内容看出。
和第一版相比，第二版压缩了编译原理传统部分的内容，大量增加了新技术内容，书的厚度从接近800页猛增到超过1000页。
第一版中被删除的部分包括：语法分析中的算符优先分析法，语法制导翻译中的递归计算方法、语法制导翻译的实现细节和语法制导定义的分析，最后两章的编译器自展和一些具体编译器的介绍。
在静态检查一章介绍的类型系统和类型检查被分散和弱化到中间代码生成一章中。
第二版中增加的内容包括：(1) 堆管理和各种垃圾收集算法。
(2) 独立于机器的代码优化增加了数据流分析的理论基础，强调了在一个数据流分析的一般框架下解决各种具体数据流问题，能使读者对程序分析和代码优化有更深刻的认识。
(3) 依赖于机器的优化，包括现代处理器体系结构、指令调度、基本块调度、全局调度和软件流水等。
(4) 并行性和数据局部性优化，重点介绍在多处理器系统上，使用数组作为数据结构，并且以简单而有序模式访问这些数据的计算密集型程序的优化问题。
(5) 过程间的分析，包括调用图、上下文敏感分析和指针分析等。
国外另一本著名的专著是Appel 的《Modern Compiler Implementation in C(3rd. Edition)》(还有Java 语言描述和ML 语言描述的版本)。
全书21章，表明它涉及的内容广泛，比Aho 第二版覆盖的范围还要广，包括了面向对象编程语言和函数式编程语言的实现方法。
但是全书不到550页。
因为Appel 强调编译原理的学习离不开具体的实践，他精心设计了一个“学生项目编译器”的框架和模块接口，每章的结尾给出与该章内容相关的编译器模块的设计任务，要求学生逐步实现一个编译器。
对相关的理论，该书的介绍都比较粗略；对相关算法，除了直接用代码表达的以外，大多数只通过例子表达思想。
从这两本教材可以看出国际教材的变化趋势是压缩仅和编译器前端有关的部分，增加独立于机器的优化和依赖于机器的优化等内容。
国内的编译原理教材基本上都是根据国外教材编写的，在跟踪过程中，总显得有些滞后。
例如，国外2000年以后出版的教材已经不介绍算符优先分析法，而国内2004年和2005年出版的一些较有影响的教材仍然介绍算符优先分析法。
在增加新内容方面，国内教材也相对落后，笔者力图克服这一缺点，在新近改版的教材(详见文献[5])中，加入了依赖于机器的优化内容。
真正从事主流编程语言编译器设计的虽然只是极少数一部分人，但是编译技术在计算机体系结构设计、提高软件开发效率与质量的工具开发等方面有着重要的应用，这是学习编译原理的主要理由。
在编译原理所涉及的知识越来越多，而“编译原理”课程的课时数不足的情况下，如何选择编译原理的教学内容是一件值得探讨的事情。
2 教学目标笔者认为，虽然编译原理和技术对计算机专业的学生144来说是重要的基础知识之一，但是对不同层次的高校，应该编写不同深度的教材，讲授不同的内容，以达到不同的教学目标。
可以将教学目标分成三个层次：普通高校本科的目标、重点高校本科的目标和研究生阶段的目标。
下面概述的这些目标中，后者包括了前者，并且边界不是绝对的。
(1) 普通高校本科的目标是：通过编程语言实现技术的学习，提高学习编程语言及在程序开发中应用编程语言的能力，具体解释如下：提高学习、理解和使用编程语言的能力；提高程序排错的能力，即快速理解、定位和解决在程序开发与程序运行中碰到的问题的能力； 提高编写高质量代码的能力。
(2) 重点高校本科的目标是：通过对与编程语言相关的理论和技术的学习，提高在软件工程中应用这些理论和技术的能力。
和编程语言有关的理论和技术包括：形式语言和自动机理论、语法制导的翻译技术、类型论和类型系统、数据流分析的理论基础等，可以选择一部分作为教学内容；LR 分析和语法制导翻译等技术，代码生成和代码优化中的一些重要算法。
(3) 研究生阶段的目标是：通过对与编程语言密切相关的、更宽泛的理论和技术的学习，提高在科研工作中应用相关理论和技术的能力。
这些理论和技术列举如下：依赖于机器的各种优化技术；其它范型的编程语言的理论和实现技术； 程序分析的理论和技术； 并行编译理论和技术。
3 教学内容的选择本节探讨在三种不同教学目标下的教学内容。
不管怎样选择教学内容，都要有恰当的课程实践作为课堂教学的非常重要的补充。
笔者已另外行文专门介绍在课程实践方面的经验和体会，因此本文不再讨论课程实践。
3.1 普通高校本科根据前面提到的目标，笔者认为，教学内容应强调对编译原理和技术的宏观理解及全局把握，而不要把学生的注意力分散到一些枝节的算法上，如计算开始符号集合和后继符号集合的算法、回填技术等。
另一方面，教学内容和习题要包括一些从实际碰到的问题中抽象出来的例题和习题，鼓励学生用所学的知识去分析和解决实际问题。
笔者在这方面已经有所尝试(详见文献[6, 7])，教材中主要各章都有配合该章内容的C 语言小程序作为例题或习题。
针对编译的各逻辑阶段，笔者建议的教学内容如下。
(1) 词法分析正规式、不确定的有限自动机、确定的有限自动机及其最小化是主线；同时要有用C 语言写的一个简单语言的词法分析器，并介绍词法分析器的生成器。
有限自动机是一种经常用得着的概念和工具，放在编译原理课程中介绍最为合适。
词法分析器的生成器是上述主线的自然产物，由于它比较简单，让学生通过它来开始理解程序生成的概念和工具较为合适。
(2) 语法分析上下文无关文法是必备的基础知识。
LL(1)文法和递归下降分析方法比较直观，便于学生接受，应首先介绍，并伴有一个简单语言的递归下降分析程序作为例子。
在介绍自下而上分析的一般概念和使用LR 分析表进行移进−归约分析后，直接介绍分析器的自动生成器，并介绍归约时的语义动作，为下面阶段语义工作的描述奠定基础。
算符优先分析法没有必要讲，因为编译器的语法分析已不再使用这种方法。
LR 分析方法固然很重要，但由于SLR(1)分析、规范LR(1)分析和向前看LR(1)分析的介绍需要占用较多课时，因此以不介绍这几种LR 分析表的生成算法而直接介绍LR 分析表的使用为好。
(3) 静态语义检查概述静态语义检查包括哪些方面，然后重点放在类型检查上。
类型系统在编程语言的设计中占据重要位置，可以先介绍一下类型系统在编程语言中的作用，然后用语义动作来表达类型检查算法。
(4) 运行时存储空间的组织和管理这是最需要搞明白的部分。
尤其在用C 这样比较低级的语言时，掌握这部分内容对编写程序和程序排错都很有帮助。
具体应该介绍局部存储分配策略(即一个活动记录中各类数据的组织)，静态分配、栈式分配和堆式分配等三种全局存储分配策略，非局部名字的访问方式和各种参数传递方式的实现。
(5) 中间代码生成主要介绍各种形式的中间语言，把赋值语句和各种控制流语句翻译成中间代码的语义动作。
对于类型和变量声明语句，主要关注怎样按语言的作用域规则组织符号表。
至于符号表中符号的插入和查找方法在数据结构课程中已经介绍过，没有必要在这里重复。
(6) 代码生成选择一种采用简单的寄存器分配策略的代码生成算法加以介绍，让学生对代码生成有所了解即可。
(7) 代码优化用实例来介绍各类优化，让学生明白编译器能完成哪些优化，而不要给学生介绍各种优化算法。
这对编程有用处，例如，在可读性好的源代码和优化的源代码两者之间145做选择时，若知道那些优化可以由优化编译完成，则宁可选择可读性好的代码。
(8) 编译系统和运行系统通常，除了编译器外，还需要一些其它工具的帮助，才能得到可执行的目标程序，这些工具包括预处理器、汇编器和连接器等。
这些工具都较简单和明显。
了解这些工具有助于掌握从源程序到可执行目标程序的实际处理过程，这些知识对于参与大型软件系统的开发是很有用的。
这部分主要是让学生了解预处理、编译、汇编和连接这个流程，目标文件的格式，连接时的符号解析，静态库和动态库等。
3.2 重点高校本科粗略地说，普通高校本科计算机专业在软件方面主要培养软件编程人员，而重点高校本科培养高一个层次的软件设计和开发人员。
因此需要学生掌握或了解和编程语言有关的理论以及和编程语言实现有关的重要算法。
(1) 形式语言和自动机理论形式语言理论是用数学方法研究自然语言和人工语言(如编程语言)的语法的理论，它只研究语言的组成规则而不研究语言的含义。
自动机理论是以研究离散数学系统的结构、功能以及两者之间关系为主要内容的数学理论。
形式语言分层的四类文法和图灵机等某些自动机的对应(接受同样语言)是形式语言和自动机之间的重要联系。
形式语言和自动机理论在编程语言的描述和编译、自然语言的理解和翻译以及语法制导的模式识别等方面有着广泛应用。
若想给学生介绍一点形式语言和自动机理论，编译原理课程是最理想的场所。
(2) LR 分析方法LR 分析方法是一种高效的、自下而上的语法分析技术，它能适用于一大类上下文无关文法的分析。
LR 分析方法被广泛采用，各种分析器的生成器几乎都是生成LR 分析器。
因此在全面介绍语法分析方法时，必须把LR 分析方法当作重点来介绍。
LR 分析表的生成算法较复杂，因此还需把该算法当难点来讲解。
只有能全面把握LR 分析方法时，才能说比较好地掌握了语法分析方法。
(3) 语法制导翻译语法制导的定义和语法制导的翻译方案是描述编程语言翻译的两种常用形式方法。
它们描述严格并便于理解，因此大部分有一定深度的教材都用它们来描述静态语义检查和中间代码生成等。
它们易于实现，所以编译器的生成器都要求编译器的设计者用这样的方法来表达识别出输入串中的语法构造时要执行的动作。
通过对语法制导翻译的实现技术的学习，会对程序生成器有更多的理解，这在软件工程中是很有用处的。
