第01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。

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。

2-3 习题(含解答)目录第1章编译原理概述 (1)第2章PL/O编译程序的实现 (4)第3章文法和语言 (4)第4章词法分析 (13)第5章自顶向下语法分析方法 (28)第6章自底向上优先分析 (39)第7章LR分析 (42)第8章语法制导翻译和中间代码生成 (60)第9章符号表 (67)第10章目标程序运行时的存储组织 (70)第11章代码优化 (73)第12章代码生成 (76)综合练习一 (79)综合练习二 (84)综合练习三 (90)综合练习四 (95)综合练习五 (101)综合练习六 (107)第1章编译原理概述一、选择题1.一个编译程序中，不仅包含词法分析，语法分析，中间代码生成，代码优化，目标代码生成等五个部分，还应包括 (1) 。

其中， (2) 和代码优化部分不是每个编译程序都必需的。

词法分析器用于识别 (3) ，语法分析器则可以发现源程序中的 (4) 。

(1) A.模拟执行器 B.解释器 C.表格处理和出错处理 D.符号执行器(2) A.语法分析 B.中间代码生成 C.词法分析 D.目标代码生成(3) A.字符串 B.语句 C.单词 D.标识符(4) A.语义错误 B.语法和语义错误 C.错误并校正 D.语法错误2.程序语言的语言处理程序是一种 (1) 。

(2) 是两类程序语言处理程序，他们的主要区别在于 (3) 。

(1) A.系统软件 B.应用软件 C.实时系统 D.分布式系统(2) A.高级语言程序和低级语言程序 B.解释程序和编译程序C.编译程序和操作系统D.系统程序和应用程序(3) A.单用户与多用户的差别 B.对用户程序的查错能力C.机器执行效率D.是否生成目标代码3.汇编程序是将翻译成，编译程序是将翻译成。

A.汇编语言程序B.机器语言程序C.高级语言程序D. A 或者BE. A 或者CF. B或者C4.下面关于解释程序的描述正确的是。

(1) 解释程序的特点是处理程序时不产生目标代码(2) 解释程序适用于COBOL 和 FORTRAN 语言(3) 解释程序是为打开编译程序技术的僵局而开发的A. (1)(2)B. (1)C. (1)(2)(3)D.(2)(3)5.高级语言的语言处理程序分为解释程序和编译程序两种。

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。