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《编译原理实践及应用》第1章编译原理概述PPT课件

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编译原理第一章课件计算机编译原理

编译原理第一章课件计算机编译原理
编译原理第一章课件计算机 编译原理
• 编译原理概述 • 语言基础知识 • 编译技术与方法 • 编译器构造实践 • 编译器的优化与改进 • 计算机编译原理的应用领域
01
编译原理概述
编译器的定义与作用
编译器定义
编译器是一种将高级语言程序翻译成机器语言程序的软件工 具。
编译器作用
将人类可读的源代码转换为计算机可执行的机器代码，实现 程序的运行。
语义分析技术
01
语义规则定义
定义程序语言的语义规则，包括类型检查、控制流分析、 数据流分析等。
02 03
语义分析算法
根据定义的语义规则，采用相应的语义分析算法对语法分 析得到的语法树进行语义分析，如类型检查算法、控制流 分析算法等。
语义错误处理
在语义分析过程中，对于不符合语义规则的输入，需要进 行错误处理，如报告语义错误信息或进行错误恢复。同时 ，还需要考虑如何处理程序中的异常情况，如异常捕获、 异常处理等。
执行效率。
THANKS
感谢观看
03
编译技术与方法
词法分析技术
词汇识别
将输入的字符流按照某种规则划 分成一个个的单词或符号，即词 法单元。
词法单元分类
将识别出的词法单元按照其性质 和作用进行分类，如关键字、标 识符、运算符、分隔符等。
错误处理
在词法分析过程中，对于不符合 词法规则的输入，需要进行错误 处理，如报告错误信息或进行错 误恢复。
死代码删除
识别和删除永远不会被执行的代码段，以减 小程序体积和提高执行效率。
编译器性能评估
编译速度
衡量编译器将源代码转换为目标代码所需的时间。
代码质量
评估编译器生成的目标代码在运行时所占用的内存和执行效率。

编译原理ppt

编译原理ppt

1.1 什么是编译程序(COMPILER)
高级语言
书写的程序
术语
编译程序
低级语言程序
编译程序的源语言 (源程序)
编译程序的目标语 言(目标程序) 编译程序的实现语 言
S I
O
S I
T
1.1 什么是编译程序(COMPILER)
三、编译系统
按编译方式在计算机上执行高级语言编写的程序需 经过两个阶段： 1、编译阶段 2、运行阶段
参考书
第一章 编译概述
编译程序是计算机系统中重要的 系统软件,是高级语言的支撑基础。编 译原理这门课程主要介绍设计和构造 编译程序的基本原理和常用的技术和 方法。 本章重点介绍编译程序的基本概念。
2018/11/9
编译原理
7
第一章 编译概述
1.1 1.2 1.3 1.4 什么是编译程序 编译过程概述 编译程序的结构 编译阶段的组合
二、学习成果
理解和掌握编译过程各个阶段的工作原理 理解标准编译器各个组成部分的任务 熟悉编译过程各阶段所要解决的问题及其采用的方法和技术 应用一些标准的技术解决编译器构造过程中所产生的相关问 题

三、学时分配 授课学时36学时，实验12学时 实验一：词法分析器 实验二：语法分析器
五、学习方法
例：外文翻译和编译工作的比较
翻译外文
1.2
编译过程和编译程序的结构
编译源程序
阅读原文
分析 识别单词 分析句子 修辞加工 综合 写出译文
输入并扫描源程序
词法分析 语法分析 代码优化 目标代码生成
源程序
词法分析程序 单词符号 表 格 管 理 语法分析程序 语法单位 语义分析程序与中间代码生成程序 中间代码 出 错 处 理

《编译原理》课件

《编译原理》课件
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

编译原理第一章ppt

编译原理第一章ppt

知识结构
程序设计语言与编译

程序设计语言
– 高级语言
– 汇编语言
– 机器语言

在计算机上如何执行一个高级语言程序？
– 把高级语言程序翻译成机器语言程序 – 运行所得的机器语言程序求得计算结果
翻译程序：就是把一种语言(称作源语言)书写 的程序，在不改变语义的条件下，翻译成另一 种语言(称作目标语言)的等价的程序。 Source Program
语句id1:=id2+id3*10的语法树
赋值语句 标识符 id1 := 表达式
表达式
+
表达式
标识符 id2
表达式
*
表达式
标识符
整数
id3
10
id1:=id2+id3*10
:=
id1
id2
+
* id3 10
依循的规则：语法规则

例如：
(1) 任何标识符是表达式。
(2) 任何常数(整常数、实常数)是表达式。
(3) 若表达式1和表达式2都是表达式，
那么表达式1+表达式2以及表达式1 * 表 达式2都是表达式。
③ 语义分析Semantic Analyzer
任务∶— 完成静态语义审查和处理 — 上下文相关性审查 — 类型匹配审查 — 类型转换
依循的规则：语义规则
例，int arr[2],c;
c = arr1 * 10 ;

常数表与标号表
编译程序在计算机系统中的所在层
来自计算机百科全书的定义
软件：计算机系统中的程序及其文档 系统软件：居于计算机系统中最靠近硬件的一层， 其他软件一般都通过系统软件发挥作用。他和具体 的应用领域无关，如编译系统和操作系统等。 语言处理系统：把软件语言书写的各种程序处理成 可在计算机上执行的程序。 软件语言：用于书写软件的语言。它主要包括需求 定义语言，功能性语言，设计性语言，程序设计语 言以及文档语言。

编译原理第一章PPT课件

编译原理第一章PPT课件

掌握编译原理有助于提高程序员对程序性能、代码质量和软件
03
工程实践的理解。
编译原理的应用领域
编译器设计
编译原理的核心应用领域之一 是编译器设计，包括源代码到
目标代码的转换、优化等。
解释器设计
解释器是另一种将源代码转换 为机器码的程序，编译原理同 样适用于解释器的设计。
程序分析
编译原理中的一些技术可以用 于程序分析，例如静态分析、 动态分析和程序切片等。
从高级语言的设计开始，逐步向下设计低级语言和机器语言。
数据结构和算法选择
选择合适的数据结构和算法，提高编译器的性能和可维护性。
代码优化
在生成目标代码之前，对中间代码进行优化，以提高目标代码的性能 和质量。
04 语言与语法
语言的定义与分类
总结词
语言的定义与分类是编译原理的重要基础，它涉及到语言的语法、语义和语用等方面。
语言的语义分析
总结词
语义分析是编译过程中的重要环节，它涉及 到对语言意义的解释和理解。
详细描述
语义分析是对源代码进行静态分析的过程， 目的是理解源代码的意义和功能。在语义分 析阶段，编译器会检查源代码中是否有语法 错误、类型错误、逻辑错误等，并对其进行 相应的处理。同时，语义分析还会进行符号 表管理、类型检查、控制流分析等工作，以
详细描述
中间代码生成是编译过程的第三步，其主要任务是将抽象语法树转化为中间代码。中间代码是一种抽象的、与具 体机器无关的代码形式，通常采用三地址码、四元式等表示方式。中间代码的主要目的是为了方便后续的优化和 目标代码生成。
代码优化
总结词
对中间代码进行优化，提高执行效率。
详细描述
代码优化是编译过程中非常重要的一步，其主要任务是对中间代码进行优化，以提高生成的目标代码 的执行效率。常见的优化技术包括常量折叠、无用代码删除、循环展开等。

编译原理(1)50页PPT

编译原理(1)50页PPT

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

《编译原理课程教案》第1章编译原理概述精品PPT课件

编译原理实践及应用
----
《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
2020/10/9
《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。
2020/10/9
《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
2020/10/9
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

编译原理(第一章)


语法分析器通常采用自顶向下的分析 方法，从源代码的起始位置开始，逐 步向下解析，直到找到完整的语法结 构或遇到语法错误。
语法分析是编译器的基础，它决定了 源代码的结构和含义，并为编译器提 供了理解和处理源代码的框架。
语法分析的任务
确定词法单元
语法分析器需要将源代码分解 成一个个的词法单元或符号， 如关键字、标识符、运算符等
对优化后的代码进行评估，包括性能测试、空间占用测试 等，以确定优化的效果是否达到预期目标。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
优化的分类
根据优化涉及的方面不同，优 化可以分为局部优化和全局优 化。
局部优化是指在单个函数或代 码块范围内进行的优化，通常 关注单个语句或表达式的优化。
全局优化是指在程序的全局范 围内进行的优化，通常关注函 数或模块之间的优化，以提高 整个程序的性能。
优化技术
在此添加您的文本17字
常见的优化技术包括常量折叠、死代码消除、循环展开、 循环优化、函数内联等。
在此添加您的文本16字
常量折叠是指在编译过程中将常量表达式的结果进行计算 并替换掉原来的表达式，以减少程序运行时的计算量。
在此添加您的文本16字
死代码消除是指删除程序中永远不会被执行到的代码，以 减少程序的空间占用和提高程序的运行效率。
在此添加您的文本16字
循环展开是指将循环体中的代码复制到循环外部，以减少 循环次数和减少循环开销。
。
识别语法结构
语法分析器需要识别出源代码 中的各种语法结构，如表达式 、语句、程序等。
建立语法树
语法分析器需要将识别的语法 结构按照一定的规则组织起来 ，形成一棵语法树。
语义检查
语法分析器在识别语法结构的 同时，还需要进行一些语义检 查，如类型检查、变量声明等

《编译原理课件》PPT课件

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。
29
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。

1hhh第1章-概述PPT课件

Pascal 语法规则(CFG)： <赋值语句>::=<标识符> “:=” <表达式>; <表达式>::=<表达式> “ + ” <表达式> <表达式>::=<表达式> “ * ” <表达式> <表达式>::= “(” <表达式> “) ” <表达式>::=<标识符> <表达式>::=<整数> <表达式>::=<实数>
2021/3/12
2
学习编译程序，需要先理解程序设计语 言。每个程序设计语言都有一定的规则 用于规定程序的语法结构，也有一定的 规则用于描述程序的语义。
上下文无关文法给出程序设计语言的精 确的语法说明。
尚无公认的形式系统用于描述程序的语 义。通常，用属性文法描述语义规则。
2021/3/12
3
第1章 概述
(source language, source program)
编译程序的目标语言(目标程序)
(object / target language) (object / target program)
编译程序的实现语言
(implementation language)
语言处理程序(language processor) 语言转换(language transformation)
[3] 陈意云等. 编译原理和技术. 合肥: 中国科学技术大学出版社, 2002 [4] 陈火旺等. 程序设计语言编译原理. 北京: 国防工业出版社, 2000
2021/3/12
1
编译程序是现代计算机系统的基本组 成部分，主要由以下部分构成：
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《编译原理实践及应用》
第6页
《编译原理》课程在计算机科学中 的地位
汇编语言
计算机组成原理
高级语言 程序设计
离散数学 数据结构
编译原理 操作系统
系统软件
信息系统 电子商务
《编译原理实践及应用》
应用软件
软件工程
第7页
学习本课程的目的和任务
• 加深对编程语言设计和实现的理解，对和编程语言 有关的理论有所了解，对宏观上把握编程语言来说， 起一个奠基的作用，提升自身的编程能力
• (2) 很多题目的解法比较固定，要熟练掌握相应的具体方法。
• (3) 多做习题, 对于编译这样的学科，题目的规模很大，步骤 繁多，而且前面的步骤一旦出错，后面都错。
• (4) 要扎扎实实地牢记重要算法，配合大量的习题进行练习， 达到拿到题目就可以动手做的地步。
• (5) 一边学习，一边总结，关键是找差异：同一问题可以用多 种方法来求解，不同方法适用于不同的文法，对文法的限制
和要求，相应的表格的构造、使用等，各个方面的差异都要 关注。
• (6) 亲自动手实现书上的一些算法,完成实验指导书上给出的
一个简单的编译程序，或者编译程序的一部分，这样能更灵
活地掌握编译程序构造《编的译精原理髓实。践及应用》
第10页
第一章
引论
《编译原理实践及应用》
第11页
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
电出版社
《编译原理实践及应用》
第2页
考 核方法
• 平时成绩、作业完成：10%
– 要求上课不迟到早退,不旷课,有事请假,记好笔记 – 要求用大作业本, 不能交单张纸, 独立完成
• 实验：30%
– 要求程序可运行, 并有相关设计和使用说明
• 期末考试：60%
– 闭卷形式
《编译原理实践及应用》
第3页
C语言程序
• 掌握编译程序的基本结构，掌握常用的编译技术和 方法，将编译原理的理论和方法应用于一般的软件 设计中
• 培养团队协作能力
《编译原理实践及应用》
第8页
本课程的特点
• (1) 本课程理论性很强，学习时需要很强的逻辑思维能力
• (2) 涉及的算法复杂，要深入地理解这些算法很困难
• (3) 整个编译程序的构造方法非常精妙，就像一部走时精 确的时钟，很多齿轮、部件协调地运转，以驱动指针准确 地旋转；编译程序也是如此，一边扫描源程序，一边经过 各个部件的运算，准确地输出为目标语言。
• 4、随着微处理器技术的飞速发展，处理器 性能在很大程度上取决于编译器的质量、 编译技术成为计算机的核心技术，地位变 得越来越重要。
《编译原理实践及应用》
第5页
《编译原理》课程在计算机科学中 的重要地位
• (1) 学习编程最初是学习一门高级语言，C或Pascal，掌握编写 一些简单程序的方法；
• (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；
X=2
《编译原理实践及应用》
• (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。
• (5) 编译原理课程帮助我们了解高级语言程序转换成机器指令 程序的过程。可以帮助我们更深刻地理解高级语言程序运行的 内部机制。
• (4) 编译原理课程各个部分之间的独立性很强，包括词法 分析、语法分析、存储的组织与分配、中间语言、语法制 导翻译、代码生成与优化这几大部分。词法分析和语法分 析是其中的重点，语法分析也是难点，需要掌握比较复杂 的算法逻辑；其他部分相对来说知识性更强一些。各部分 之间的方法也互相独立，在学习时，便于逐个击破。
• (5) 考试考查的内容相对来说是很稳定的，绝大多数题目 的解法都非常机械。
《编译原理实践及应用》
第9页
学习方法
• (1) 尽可能地掌握编译原理的思想，要站得高一点，尽可能理 解算法的思想，而不是背固定的算法。应该尽力理解为什么
要这样做，逐渐在头脑中建立起编译器的整体概念，而不是 零零散散的一些算法。
200H
3 x：局部变量 mov z,ax
201H
2 y：局部变量 ......
202H
5 z：局部变量
……
……
《编译原理实践及应用》
第4页
为什么要学习编译原理？
• 1、有助于深刻理解和正确使用程序设计语
言，加深对高级语言程序执行过程的理解
• 2、有助于加深对整个计算机系统的理解。
• 3、设计开发编译程序的软件技术同样可以 用于其他软件的设计开发。
• 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。
《编译原理实践及应用》
第12页
1.1 程序设计语言与翻译程序
为什么要使用编译程序？
• 机器语言 (machine language)
C7 06 0000 0002
• 汇编语言 (assembler language)
MOV X , 2
编译原理实践及应用
《编译原理实践及应用》
第1页
教材及主要黄贤英，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
• 程序设计语言编译方法，肖军模，大连理工大学
出版社
• 编译原理，张素琴，吕映芝，清华大学出版社
• 编译原理，alfred V.Aho等著，李建中等译，人民邮
汇编语言程序
void main( )
……
{ int x,y,z; x=3;
序言
300 mov ax,3 302 mov x,ax
y=2;
304 mov ax,2
z=x+y; }
内存地址 内存内容
306 mov y,ax 308 mov ax,x 单元名字…… mov bx,y
……
……
……
add ax,bx
• 高级语言 (high-level language)
X=2
《编译原理实践及应用》
第13页
为什么要使用编译程序？
• 机器语言 (machine language)
C7 06 0000 0002
• 汇编语言 (assembler language)
MOV X , 2
• 高级语言 (high-level language)