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编译原理第3章

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编译原理第03章PPT课件

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65
-
procedure swap(var x:integer); begin x:=x+a; /*a是全局变量*/
a:=x-a; x:=x-a end; 调用swap(a);别名也影响编译器生成优化的代 a:=(x-y*z)+w ； b:=(x-y*z)+u ； 若a与x、y或z中任一个是别名
用标号控制循环体 DO 7 I=1，10 A(I)=0 B(I)=0
7 CONTINUE
19
-
②Pascal的for 语句
计数重复的值可在任何有序集上 for . . . to . . . for . . . down to . . .
20
-
2. 条件制导
①while：0次或多次重复 ②do-while，repeat-until:多次重复 ③ALGOL 68循环的一般形式：
Smalltalk 语言以对象方式来处理控 制结构。
40
-
可以认为上述语言是可扩充的，用 户可以通过定义新的（抽象）数据类型 和控制结构来扩充基本语言。
但基本的控制结构并没有发生改变。
41
-
第二节 单元级控制结构
规定程序单元之间控制流程的机制。 最简单的机制是 ALGOL60 的分程序
42
-
在程序顺序执行的过程中，遇到一 个分程序，就建立一个新的引用环境， 并执行这个分程序。
7
-
3. 多选一 嵌套 的 if then else
if语句包含if语句 ①ALGOL 60的选择结构引起二义性
if x>0 then if x<6 then x:=0 else x:=9 ②PASCAL的“最近匹配原则” ③ ALGOL 68中if语句的结束符号fi ④ ALGOL 68对else if 进行缩写

《编译原理》第3章

《编译原理》第3章

NFA到相应的DFA的构造的基本思路是： DFA的每 一个状态对应NFA的一组状态. DFA使用它的状 态去记录在NFA读入一个输入符号后可能达到的 所有状态.
NFA M所能接受的符号串的全体记为L(M)
结论：
上一个符号串集V是正规的，当且仅当存 在一个上的不确定的有穷自动机M，使得 V=L(M)。
DFA是NFA的特例.对每个NFA N一定存在一个DFA Ｍ，使得 L(M)=L(N)。对每个NFA N存在着与之 等价的DFA M。 有一种算法，将NFA转换成接受同样语言的DFA.这 种算法称为子集法. 与某一NFA等价的DFA不唯一.
0
1
S P
Z
{P} {}
{P}
{S,Z} {Z}
{P}
• δ为S * 到S的子集(2 S)的一种映射
• 从NFA的矩阵表示中可以看出，表项通常是一状态的集合， 而在DFA的矩阵表示中，表项是一个状态
∑*上的符号串t被NFA M接受:
• 对于Σ*中的任何一个串t，若存在一条从某一初态 结点到某一终态结点的道路，且这条道路上所有 弧的标记字依序连接成的串(不理采那些标记为ε 的弧)等于t，则称t可为NFA M所识别(读出或接 受)。 • 若M的某些结点既是初态结点又是终态结点；或 者存在一条从某个初态结点到某个终态结点的道 路,其上所有弧的标记均为ε，那么空字ε可为M所 接受。
其中： δ(S，0)={P}
δ(S，1)={S，Z} δ(Z，0)={P} δ(Z，1)={P} δ(P，1)={Z} • 状态图表示
1 1 S 0 0,1 Z
P
1
• 矩阵表示
状态 输入
δ(S，0)={P} δ(S，1)={S，Z} δ(Z，0)={P} δ(Z，1)={P} δ(P，1)={Z}

编译原理第三章_有穷自动机

编译原理第三章_有穷自动机
5
例 过河问题 分析（续）
初始状态：MWGC-φ；终止状态：φ-MWGC。 g
MWGC-φ
WC-MG
问题：
6
例 过河问题 状态转换图
起始 g
MWGC-φ g
g φ-MWGC
g
7
WC-MG
m
m MWC-G
w
w
c
C-MWG
c W-MGC
g
g
MGC-W c
MG-WC
w
m
c G-MWC
m
gg MWG-C
+dd. ddd;
输入符号串
数字 数字
SB
.
数字
+
A
H
-.
数字
.G
接收：若扫描完输入串， 且在一个终止状态上结 束。
数字 阻塞：若扫描结束但未 停止在终止状态上；或 者为能扫描完输入串 （如遇不合法符号）。
不完全描述：某些状态 对于某些输入符号不存 在转换。
练习：+34.567 .123 3.4.5
w
有穷自动机（FA）
数字系统：可以从一个状态移动到另一个状态；每次 状态转换，都上由当前状态及一组输入符号确定的；可以 输出某些离散的值集。
FA：一个状态集合；状态间的转换规则；通过读头来 扫描的一个输入符号串。
读头：从左到右扫描符号串。移动（扫描）是由状态 转换规则来决定的。
8
读头
一个FA的例子
(3)运行： 串f(，Q,且t1tt21)∈= Σf(，f(Qt1,t2t1∈), Σt2*)，其中Q∈K， t1t2为输入字符
17
例３
题：试证abba可为例1的DFA M所识别（所接受）。

编译原理_第3章课件

编译原理_第3章课件

编译原理_第3章课件第三章词法分析本章将讨论词法分析程序的设计原则，单词的描述技术，识别机制及词法分析程序的⾃动构造原理。

教学要求１.掌握：正规式，DFA的概念，NFA的概念２.理解：将NFA转换为DFA ,正规式、正规⽂法与有穷⾃动机间的转换⽬录3.1 词法分析程序的设计3.2 单词的描述⼯具3.3 有穷⾃动机3.4 正规式与有穷⾃动机的等价性3.5 正规⽂法和有穷⾃动机的等价性3.6 词法分析程序的⾃动构造⼯具⼩结3.1.词法分析（lexical analysis）程序的设计回顾：1、词法分析的任务：逐个读⼊源程序字符并按照构词规则切分成⼀系列单词。

2、词法分析程序：实现词法分析的程序。

⼀.词法与语法分析程序的接⼝⽅式1、作为独⽴的⼀遍词法分析是编译过程中的⼀个阶段，在语法分析前进⾏，把字符流的源程序变为单词序列，输出在⼀个中间⽂件上。

2、与语法分析结合在⼀起作为⼀遍⼀般、把词法分析程序设计成⼀个⼦程序，由语法分析程序调⽤词法分析程序来获得当前单词，供语法分析使⽤。

….词法分析程序的主要任务：读源程序，产⽣单词符号词法分析程序的其他任务：滤掉空格，跳过注释、换⾏符追踪换⾏标志，复制出错源程序，宏展开，……⼆、词法分析程序的输出输出是单词符号。

单词是语⾔中具有独⽴意义的最⼩单位。

单词包括：保留字标识符常量运算符界符（标点符号）词法分析程序所输出的单词符号常常采⽤以下⼆元式表⽰：(单词种别，单词⾃⾝的值)。

单词的种别是语法分析需要的信息，⽽单词⾃⾝的值则是编译其它阶段需要的信息。

(标识符，指向该标识符所在符号表中位置的指针) 单词的种别可以⽤整数编码表⽰，假如标识符编码为1，常数为2，保留字为3，运算符为4，界符为5例如：程序段if i=5 then x∶=y；在经词法分析器扫描后输出的单词符号和它们的表⽰如下：- 保留字if(3，'if')- 标识符i(1，指向i的符号表⼊⼝)- 等号=(4，'=')- 常数5(2，'5')- 保留字then(3，'then')- 标识符x(1，指向x的符号表⼊⼝)- 赋值号∶=(4，'∶=')- 标识符y(1，指向y的符号表⼊⼝)- 分号；(5，'；')三、词法分析⼯作从语法分析⼯作独⽴出来的原因：简化设计改进编译效率增加编译系统的可移植性3.2 单词的描述⼯具程序设计语⾔中的单词是基本语法成分.单词符号的语法可以⽤有效的⼯具加以描述，并且基于这类描述⼯具，实现词法分析程序的⾃动构造.描述⼯具：正规⽂法和正规式识别⼯具：有穷⾃动机⼀．正规⽂法多数程序设计语⾔的单词的语法能⽤正规⽂法来描述。

编译原理第三章语法分析

编译原理第三章语法分析

3.2 语言和文法
• 文法的优点
–文法给出了精确的，易于理解的语法说明 –自动产生高效的分析器
–可以给语言定义出层次结构
3.2 语言和文法
• 文法的优点
–文法给出了精确的，易于理解的语法说明 –自动产生高效的分析器
–可以给语言定义出层次结构
–以文法为基础的语言实现便于语言的修改
3.2 语言和文法
F id | (E)
3.2 语言和文法
E E+T|T TT* F|F F id | (E)
E T T T * F id F id
E E
T F
+
T F
T * F
id
*
F
id
id id * id * id 和 id + id * id 的分析树
id
3.2 语言和文法
3.2.5 消除二义性 stmt if expr then stmt | if expr then stmt else stmt | other • 句型：if expr then if expr then stmt else stmt
3.2 语言和文法
3.2.5 消除二义性 stmt if expr then stmt | if expr then stmt else stmt | other • 句型：if expr then if expr then stmt else stmt • 两个最左推导： stmt if expr then stmt if expr then if expr then stmt else stmt stmt if expr then stmt else stmt if expr then if expr then stmt else stmt

编译原理第3章

编译原理第3章
• 二、有限自动机（FA：Finite Automata）
1、说明：
• 有限自动机是具有离散输入输出系统的数学模型。它具 有有限数目的内部状态，系统可以根据当前所处的状态 和面临的输入字符决定系统的后继行为。其当前状态概 括了过去输入处理的信息
输入带
a b
c d
读头
e ……
有限状态控制器
2014-5-22 12
3.1 正规文法与有限自动机
• 二、有限自动机
电梯是典型的有限状态自动机 那电梯如何描述呢? 电梯的程序又如何构造呢?
2014-5-22
13
3.1 正规文法与有限自动机
• 二、有限自动机－分别讲解
2、确定有限自动机（DFA）
• 确定有限自动机DFA是一个五元组 M(S,,f,s0,Z），其中：
• 1. 取I0=S0 • 2. 若状态集Q中有状态Ii={s0,s1,……sj} , sk∈S , 0 kj;而 且M机中有f({s0,s1,……sj},a)= f(s0,a)∪f(s1,a)…∪f(sj,a) ={s0,s1,……st} =It，若It不在Q中，则将It加入Q。 • 3. 重复第(2)步，直至Q中没有新的状态加入 • 4.取终态F={I | I ∈ Q,且I ∩ Z }
例：已知正规文法G1的产生式，求出它所定义的正规式。
产生式为：SaS|aB BbB|bA AcA|c
• 解：由产生式写出对应的联立方程组： S＝aS|aB （ 1） B＝bB|bA （ 2） A＝cA|c （ 3） 运用定理2求解(1)(2)(3): …
2014-5-22
11
3.1 正规文法与有限自动机
• 注意：
– 仅由字母表A={ai| i=1,2,……n}上的正规式所组成的语言 称作正规集，记作L() – 利用正规集相同，可用来证明相应正规式等价 – “|”读作为“或”，也可写作为“+”或“，”；“•”读作 连接

编译原理课件第3章

ຫໍສະໝຸດ 04CATALOGUE
代码优化
代码优化的目的和分类
目的
提高程序运行效率，减少空间占用，提高可读 性。
局部优化
对单个程序块的优化，如基本块的优化。
全局优化
对整个程序的优化，如循环优化、死代码删除等。
代码优化的主要技术
常量折叠和替换
将常量表达式的结果在编译时计算出来，并 用结果替换掉表达式。
循环优化
编译原理课件第3章
contents
目录
• 词法分析 • 语法分析 • 中间代码生成 • 代码优化 • 目标代码生成
01
CATALOGUE
词法分析
词法分析器的任务
将源程序分解成一系列的记号（tokens） 去除源程序中的注释和空白符
识别出关键字、标识符、常量、操作符等记号 为语法分析器提供有序的记号流
通过改变循环的迭代顺序、减少循环中的计 算等方法来提高循环的效率。
死代码删除
删除永远不会被执行到的代码。
函数内联
将小的函数调用替换为函数体的直接执行， 以减少函数调用的开销。
代码优化的实现
编译器前端
负责将源代码转换成中间表示（IR），这一阶段主要 完成语义分析和语法分析。
编译器中端
对中间表示进行优化，如常量折叠、死代码删除等。
考虑文法的二义性
有些文法具有二义性，即一种语法结构可以有多种解析方 式。在设计语法分析器时需要考虑如何处理二义性问题， 避免产生错误的分析结果。
语法分析器的实现
编写词法分析器
词法分析器是将输入的字符串转 换成一个个的单词或符号，供语 法分析器使用。在实现语法分析 器之前，需要先编写词法分析器 。
实现递归下降分析
解析与语义分析

编译原理第三章练习题答案

编译原理第三章练习题答案编译原理第三章练习题答案编译原理是计算机科学中的重要学科，它研究的是如何将高级语言代码转化为机器语言的过程。

在编译原理的学习过程中，练习题是不可或缺的一部分，通过完成练习题可以更好地理解和掌握编译原理的知识。

本文将为大家提供编译原理第三章练习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。

1. 什么是语法分析？语法分析是编译器中的一个重要模块，它的主要任务是根据给定的语法规则，对输入的源代码进行分析和解释。

语法分析器会根据语法规则构建一个语法树，用于表示源代码的结构和含义。

常用的语法分析方法有递归下降法、LL(1)分析法和LR分析法等。

2. 什么是LL(1)文法？LL(1)文法是一种特殊的上下文无关文法，它具有以下两个特点：(1) 对于任何一个句子，最左推导和最右推导是唯一的。

(2) 在预测分析过程中，只需要向前看一个输入符号就可以确定所采用的产生式。

LL(1)文法是一种常用的文法形式，它适用于递归下降法和LL(1)分析法。

3. 什么是FIRST集合和FOLLOW集合？FIRST集合是指对于一个文法符号，它能够推导出的终结符号的集合。

FOLLOW 集合是指在一个句型中，某个非终结符号的后继终结符号的集合。

计算FIRST集合和FOLLOW集合可以帮助我们进行语法分析，特别是LL(1)分析。

4. 什么是递归下降语法分析法？递归下降语法分析法是一种基于产生式的自顶向下的语法分析方法。

它的基本思想是从文法的开始符号开始，递归地根据产生式进行分析，直到推导出输入符号串或发现错误。

递归下降语法分析法的实现比较简单，但对于某些文法可能会出现回溯现象，影响分析效率。

5. 什么是LR分析法？LR分析法是一种自底向上的语法分析方法，它的基本思想是从输入符号串开始，逐步构建语法树，直到推导出文法的开始符号。

LR分析法具有较好的分析效率和广泛的适用性，常用的LR分析方法有LR(0)、SLR(1)、LR(1)和LALR(1)等。

编译原理 第3章 词法分析与有穷自动机(第5-8讲)


它所对应的状态表如图：
状态 0 1 2 3 a 1 3 1 3 后继 状态 b 2 2 3 3
输入字符 接受 否 否 否 是
式的转化
22
第3章 词法分析与有穷自动机
■DFA所识别的语言
给定DFA M，对于字符c1,c2,…,cn,当以下条件成立时， 称M接受由c1,c2,…,cn组成的字符串c1c2…cn： 存在状态序列s0,s1,s2,…,sn,使得s1=f(S,c1), s2=f(s1,c2),…,sn=f(sn-1,cn)，且sn∈Z。 由DFA M接受的语言L(M)是所有M接受的字符串组成的集 合。
25
第3章 词法分析与有穷自动机
判断下图是DFA还是NFA的状态转换图，并 写出其他2种表示形式
26
第3章 词法分析与有穷自动机
■由正规表达式R构造NFA
1.基本正规表达式 (a)对于正规式φ,所构造NFA: (b)对于正规式ε,所构造NFA: (c)对于正规式a,a∈Σ,则 NFA:
x ε y
练习：若S=a|bb，则L((a|bb)*)=？
5
第3章 词法分析与有穷自动机
■正规式中运算的优先级
括号优先，* 次之，•（连接）再次之，| 最后 例：a|bc* ≌ a|(b(c*)) ab|c*d ≌ (ab)|((c*)d)
■ 正规式与正规集举例
L(a|bc*)=L(a)∪L(bc*) 思考：L(ab|c*d)=？ =L(a)∪L(b)L(c*) =L(a)∪L(b)(L(c))* ={a}∪{b}{ε,c,cc,ccc……} ={a,b,bc,bcc,bccc,……}
17
第3章 词法分析与有穷自动机
■有穷自动机的状态转移图表示方法

编译原理课件第三章


语法树
树形结构用于表示程序的语法结 构，方便地运用于源代码分析。
代码优化
1
常量传播
将一些常量在编译器计算好，避免运行时重复计算。
2
死代码消除
通过删除不会执行的代码来提高程序性能。
3
指针分析
通过分析指针和寄存器在程序中的使用来优化代码。
生成目标代码
静态链接
将程序和所需库文件合并成一个完整的可执行文件。
编译原理课件第三章
了解语言处理器的基本作用和编译过程的概述是打开计算机编程大门的关键！
词法分析与语法分析
1 词法分析
将源代码分离成一个个单词，即“记号”。
2 语法分析
将各个记号按照语法规则组成语法树，检验代码结构是否合法。
3 语法制导翻译
将语法树转换成检查和翻译动作的程序。
语义分析
类型检查
确认数据类型是否合法，如 加法只能对整数或浮点数操 作。
动态链接
将程序和库文件分离，程序在运行时动态加载所需 的库文件。
语言处理器的作用
编译器
将一种语言的代码翻译成另一种语言的代码，提高代码的性能。
解释器
将一种源代码解释成另一种语言的代码，即时运行，比较灵活。
预处理器
对源代码进行宏替换、条件编译等处理，生成另一个源代码文件。
编译处理的概述
前端处理
包括语法分析、词法分析、语义 分析和中间代码生成。
常量折叠
在编译时计算常量的值。比 如3+2就不需要在运行时计 算，直接算成5。
指针分析
对指针操作进行检查，如不 能对无效的指针进行解引用。
中间代码生成
三地址码
源代码和机器代码之间的一种中 间形式，每个语句最多只包含三 个地址。
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得到：〈主语〉〈谓语〉 〈代词〉〈谓语〉，
重复做下去， 如句子：“我是大学生”的全部动作过程是：
〈句子〉 〈主语〉〈谓语〉 〈代词〉〈谓语〉
我〈谓语〉 我〈动词〉〈直接宾语〉
我是〈直接宾语〉 我是〈名词〉 我是大学
生 由此可见：“我是大学生”的构成符合上述规则，而 “我大学生是”不符合上述规则，我们说它不是句子。
语言 是由句子组成的集合，是由一组符号所构成的集合。换言
之,字母表上的一个语言是上的一些符号串的集合 (字母表 上的每个语言是*的一个子集)。 例如：字母表Σ={a,b} ,Σ*={ε,a,b,aa,ab,ba,bb,aaa,aab,…} 集合{ab,aabb,aaabbb,…,anbn,…} 或表示为{w|w∈Σ*且w= anbn,n≥1}为字母表上的一个语言。
集合{a,aa,aaa,…} 或表示为{w|w∈Σ*且w=an,n≥1} 为字母表上的一个语言。
ε是一个语言。 即 是一个语言。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
给出语言上的有关运算
设L是（上的）一个语言,M是（上的）一个语言, 语 言L和M的并，交，差，补是一个语言。
语言L和M的并记为 LM.
如： L1 ={a,b,…y,z} M1 ={1,2…8,9 } L1M1={a,b,… y,z，1,2…8,9 } 语言L和M的连接是一个语言，记为 LM
每个句子构成的规律 研究语言 每个句子的含义
每个句子和使用者的关系
研究程序设计语言 每个程序构成的规律 每个程序的含义 每个程序和使用者的关系
语言研究的三个方面 语法 Syntax 语义 Semantics 语用 Pragmatics
语法 -- 表示构成语言句子的各个记号之间的组合 规律
语义 -- 表示各个记号的特定含义。（各个记号和 记号所表示的对象之间的关系）
上面的这些规则成为我们判别句子结构合法 与否的依据，换句话说，这些规则看成是一种 元语言，用它描述汉语。这里仅仅涉及汉语句 子的结构描述。其中这种描述元语言称为文法。
PL/0语言文法EBNF表示（见P11）
:VAR A;BEGIN READ (A) END.
语言概述
语言是由句子组成的集合，是由一组符号所构 成的集合。 汉语--所有符合汉语语法的句子的全体 英语--所有符合英语语法的句子的全体 程序设计语言--所有该语言的程序的全体
例：0,1, 01, 10, 011，.. 空符号串：无任何符号的符号串，用ε表示 例：符号“a”组成的字母表记作{a}; a,aa,a…a;都是字母表
{a}上的字符串。 符号“a”和“b”组成的字母表记作{a，b};
a,b,aa,ab,abb,baa,…都是{a，b}上的符号串。
一些基本概念
文法的形式定义
规则：重写规则、产生式或生成式，是形如α→β 或α::=β的(α，β)有序对，且 α∈V+ （ α不能为空）, β∈V*
称为规则的左部（或产生式的左部） 称为规则的右部（或产生式的右部）
文法的形式定义
第3章 文法和语言
本章知识点(内容)
引言和预备知识 文法和语言的形式定义 文法的类型 上下文无关文法及其语法树 上下文无关文法的句型分析 有关文法实用中的一些说明
3.1 文法的直观概念和语言概述
当我们表述一种语言时，无非是说明这种语 言的句子，如果语言只含有有穷多个句子，则 只需列出句子的有穷集就行了，但对于含有无 穷句子的语言来讲，存在着如何给出它的有穷 表示的问题。以自然语言为例，人们无法列出 全部句子，但是人们可以给出一些规则，用这 些规则来说明(或者定义)句子的组成结构，比 如汉语句子可以是由主语后随谓语而成，构成 谓语的是动词和直接宾语，我们采用EBNF来 表示这种句子的构成规则：
语用 --表示在各个记号所出现的行为中，它们的来 源、使用和影响。
如果不考虑语义和语用，即只从语法这一侧面来看 语言，这种意义下的语言称作形式语言。
形式语言抽象地定义为一个数学系统。 “形式”是指这样的事实：语言的所有规则只以什
么符号串能出现的方式来陈述。 形式语言是程序设计语言语法分析研究的基础。
L1（L1M1）*={所有字母打头的字母和数字符号 串}
3.2 文法和语言的形式定义
如何来描述一种语言？ 如果语言是有穷的（只含有有穷多个句子），可 以将句子逐一列出来表示 如果语言是无穷的，找出语言的有穷表示。 语言的有穷表示有两个途经： 生成方式 （文法）：语言中的每个句子可以用 严格定义的规则来构造。 识别方式（自动机）：使用自动机的行为来描 述语言，（以后再详细讲）
LM={st |s∈L且 t∈M}
、
如： L1M1 ={a1,b1,…y1,z1,a2,b2…a9…z9} 有L ε= εL=L。 L的n次连接Ln= LL...L
语言上的运算
语言L的 闭包记为 L*。
L*= L0 L1 L2 ...
L0= ε ， Ln= L Ln-1= Ln-1 L,n1
语言L的正 闭包记为 L+，
L+= L1 L2 L3 ...
L+= LL*= L*L
L*= L+ ε
如： L1 ={a,b,…y,z} M1 ={1,2…8,9 } （L1M1）={a,b,… y,z，1,2…8,9 } （L1M1）*={ε,a,b,… y,z，1,2…8,9
aa,1a,…xyz,6789st..}
“我是大学生”。是否是汉语的一个句子?
汉语句子的构成规则： 〈句子〉∷=〈主语〉〈谓语〉 〈主语〉∷=〈代词〉｜〈名词〉 〈代词〉∷=我｜你｜他 〈名词〉∷=王明｜大学生｜工人｜英语 〈谓语〉∷=〈动词〉〈直接宾语〉 〈动词〉∷=是｜学习 〈直接宾语〉∷=〈代词〉｜〈名词〉
有了一组规则以后，按照如下方式用它们导出句子：
3.2 字母符表号就和是符字号符不如，串对对=吗{if,？else,for,while}
字母表：符号的非空有限集 例：={0，1} C语言的字母表 A＝{a,b,…,0,1,…,9, +,－,×,_/, ( , ), =… if, else,for...}
符号：字母表中的元素 例： 0，1 符号串：由字母表中的符号组成的任何有穷序列