编译原理 第一章

编译原理第一章编译程序概论使用过计算机的人都知道，多数用户是应用高级语言来实现他们所需要的计算的。

在计算机上执行高级语言程序一般分为两步：第一步，用一个编译程序把高级语言翻译成机器语言程序；第二步，运行所得的机器语言程序求得计算结果。

计算机语言由单一的机器语言发展到现今内容迥异的数千种高级语言，就是因为有了编译技术。

因此，对于计算机专业的学生来说，理解编译程序的工作原理显得尤其重要。

本章重点：编译程序概念、编译过程概述、编译程序的结构。

第一节什么是编译程序通常所说的翻译程序是指这样的一个程序，它能够把某一种语言（称为源语言）改造为另一种语言（称为目标语言），而后者与前者在逻辑上是等价的。

如果源语言是诸如FORTRAN、PASCAL、ALGOL或COBOL这样的“高级语言”，而目标语言是诸如汇编语言或机器语言之类的“低级语言”，这样的一个翻译程序就称为编译程序。

第二节编译过程概述编译程序完成从源程序到目标程序的翻译工作，是一个复杂的整体的过程。

从概念上来说，一个编译程序的整个工作过程是划分成阶段进行的，每个阶段将源程序的一种表示形式转换成另一种表示形式，各个阶段进行的操作在逻辑上是紧密连接在一起的，图1-2-1给出了一个编译过程的各个阶段，这是一种典型的划分方法。

事实上，某些阶段可能组合在一起，这些阶段间的源程序的中间表示形式就没必要构造出来了。

图1-2-1中将编译过程划分成了词法分析、语法分析、中间代码生成，代码优化和目标代码生成六个阶段，我们将分别介绍各阶段的任务。

另外两个重要的工作：表格管理和出错处理与上述六个阶段都有联系。

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。

如果编译过程中发现源程序有错误，编译程Array序应报告错误的性质和错误发生的地点，并且将错误所造成的影响限制在尽可有小的范围内，使得源程序的其余部分能继续被编译下去，有些编译程序还能自动校正错误，这些工作称之为出错处理。

第一章编译程序概述目录1.1 什么是编译程序1.2 编译过程概述1.3 编译程序的结构1.4 编译阶段的组合1.5 编译技术和软件工具1.1 什么是编译程序编译程序：是一个语言翻译程序,是将用高级语言书写的源程序翻译成等价的低级语言的翻译程序。

（C ,Pascal,Foxbase 等） （机器语言，汇编语言） 翻译程序：是把一种语言书写的程序（源程序）翻译成另一种语言（目标语言）的等价的程序。

编译程序的重要性：使得计算机用户不必考虑与机器有关的繁琐细节，使程序员和程序设计专家独立于机器。

编译程序的发展■第一个编译程序的出现：20世纪50年代早期，主要将算术公式翻译成机器代码■20世纪50年代中期，一批编译系统程序开发成功■20世纪50年代末，开始研究编译程序的自动生成工具（LEX 、Y ACC ）■20世纪60年代，研究使用自展技术，1971年PASCAL 自展技术成功后，影响越来越大。

1.2 编译过程概述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。

典型的划分方法：(下图)词法分析阶段：编译过程的第一个阶段从而识别出一个个单词。

(逻辑上紧密相连的一组字符，这些字符具有集体含义。

)单词：标识符，保留字，常数、算符，界符等语法分析：编译过程的第二个阶段依据语言的语法规则从单词符号串中识别出各种语法单位（如“程”，“语句”，“表达式”等）。

目的：检查各种语法单位在语法结构上的正确性。

例子中：符合赋值语句的语法规则，即：<变量>=<表达式>例：s=2*3.1416*r*(h+r)规则<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> ■词法分析和语法分析本质上都是对源程序的结构进行分析。

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。