编译原理复习

一 引论

编译程序：将源程序翻译成目标程序
源程序：多为高级语言，eg：c,c++;
目标程序：汇编语言/机器语言。
编译过程：
词法分析——语法分析——语义分析——中间代码的生成——代码优化——目标代码的生成

词法分析：从左自右读入源程序，识别出一个个的单词。
语法分析：在词法分析的基础上将单词序列分解成语法短语。
语义分析：审查源程序有无语义错误，收集类型信息。
中间代码的生成：进行以上阶段分析之后的源程序叫做中间代码。
中间代码的特点：1.易生成；2易翻译成目标代码。
代码优化：优化中间代码。
目标代码的生成：与硬件有关，较为复杂。
前端：主要依赖与源语言而与目标机器无关的阶段
后端：依赖与目标机器的阶段
解释程序：接受某个语言的源程序并立即运行这个源程序
编译程序输出目标代码，解释程序输出结果。
解释程序的输入：源程序+初始数据；输出：结果
编译程序的输入：源程序；输出：目标程序
目标程序+数据 作为输入到 运行程序中去 才能得到 结果
根本区别：是否生成目标代码
处理源程序的软件工具：
1.语言的结构化编辑器：源程序的正文编辑，检查括号匹配，输入正确，检查语法错误
2.源程序的调试工具：检查结果与遗体是否一致，一行行跟踪
3.程序格式化工具：分析源程序，使其结构清晰
4.语言程序测试工具：
分为静态分析器：不运行程序；动态分析器：比较运行结构和期望；
5.程序理解工具：对程序进行分析，确定模块间的调用关系，画出控制流程图，帮助用户理解程序，
6高级语言之间的转换工具：转换高级语言

语言分类

1. 强制式/过程/命令式语言：C，Fortran，Pascal
2. 函数式/应用式：ML，LISP
3. 基于规则的：PROLOG
4. 面向对象的：C++,JAVA

二 文法和语言

语法：构成句子各个记号之间的组合规律；
语义：各个记号的含义
语用：各个记号的来源,使用以及影响；

形式语言：只考虑语法层面，抽象的定义为一个数学系统；形式代表语言的规则只能以什么符号串能出现表示
文法：描述词法，语法的工具，对含有无穷句子的语言进行有穷表示字母表：元素的非空有穷集合
符号：字母表中的元素
符号串：符号的有穷序列

1. 空符号串也是字母表上的符号串；
2. 符号串有顺序；

文法G(Vn,Vt,P,S)
Vn：非终结符；Vt：终结符；P:产生式；S：开始符号
句型：由文法的开始符号推导出的符号串；
句子：由文法的开始符号推导出的终结符符号串；
语言：句子的集合；
重点**语言和文法的转换
文法的等价：不同的文法能过产生相同的语言
文法的类型：(限制产生式)

1.0型（PSG）：产生式的左部至少有一个非终结符
2.1型（CSG）：a1Aa2–>a1Ba2 只有上下文相同时才可以替换
3.2型（CFG）：上下文无关
4.3型（RG）：A–>aB/A–>a或者A–>Ba/A–>a;
最右推导为规范推导，所得句型为规范句型；
二义文法：句子对应不同的语法树/最左（右）推导；
改造二义文法：规定优先顺序和结合律；
句型分析：识别一个符号串是否为文法的句型
自上而下的分析法：开始符号–>输入符号串
自下而上的分析法：输入符号串–>开始符号
短语：
直接短语：
句柄：最左直接短语；
文法中不得有二义；不得有多余；一般不含空规则；

三 词法分析

词法分析：逐个读入源程序的符号，输出单词符号；
单词符号：1.关键字 2.标识符 3.常数 4.运算符 5.界符
二元式（单词种类，单词的值）/（标识符种类，值的地址）
词法分析和语法分析的接口方式：
方式一： 词法分析的输出是二元式，经过中间文件作为语法分析的输入；
方式二：语法分析调用词法分析程序，词法分析程序返回值为一个单词；
词法分析作为独立阶段的原因：
1.使编译程序更加简洁；
2.提升编译效率；
3.增加可移植性；
单词的表示方式：
1.正则文法 2.正则式 3.有穷自动机 三者可以互相转换
考点：正则文法和正则式的互相转换

有穷自动机（FA）：用来识别正则集的识别装置；
确定的有穷自动机（DFA）：五元组（K，∑，f,S,Z）
K:有穷状态集；
∑：输入字符的集合（有穷字母表）；
f：转换函数 K×∑到K的映射；
S: 唯一的初态；
Z:不唯一的终态；
L(M) DFA上的接受的所有句子
符号串集V在∑*是正规的 当且仅当 存在一个∑上的DFA 使得 V=L(M)；
不确定的有穷自动机（NFA）：五元组（K，∑，f,S,Z）
K:有穷状态集；
∑：输入字符的集合（有穷字母表）；
f：转换函数 K×∑到**K+**的映射；K+为K的子集；
S: 不唯一的初态；
Z:不唯一的终态；
ε可以被NFA接受的两种状态
1.存在即初态又是终态的节点；
2.存在一条从初态到终态的ε道路；
对于每个NFA 存在一个DFA 使得 L(M’)=L（M）
状态I的ε闭包（ε-closure{I}）：表示状态I中的S经过弧ε所能达到的状态的集合；
弧转换（move(I,a)）:I集合中的状态经过a可以到达的全体；

NFA N={K,∑,f,K0,Kt}
DFA M={S,∑,d,S0,St}
转换规则：

1. S是K的子集；
2. 字母表相同；
3. d（[s1,s2…sj], a）= ε-closure{move（ [s1,s2…sj], a）}；
4. s0=ε-closure(k0);
5. St属于sS且与 Kt交集不空；

考点：NFA 用子集构造法 构造DFA P51
DFA的化简：
1.消除多余状态；
多余状态：1.开始状态无法到达的状态；2.无法到达终态的状态；
2.合并等价状态；
等价状态：1.同是终态或者非终态；2.分别从两个状态出发经过同样的弧得到的状态等价；
合并的方法：跨子集；
考点：DFA的化简
FA和正规式的转换：
FA到正规式：利用P54的消去规则；
正规式到FA：主要R*=

正规文法和NFA的转换：
正规文法到FA：状态集输入字符集相同；

1. 左线性到FA：增加初态节点，开始符号S的节点作为终态；
   A—>t 从初始节点引弧t到A
   A—>Bt 从B引弧t到A；
2. 右线性到FA：增加终态节点，开始符号S的节点作为初态；
   A—>t 从A引一条t到终态
   A—>tB 从B引弧t到A；
   FA到正规文法:直接看图写；

该章考点：正规式，正规文法 和NFA之间的转化 NFA用子集法转为DFA DFA的化简

四 自顶向下语法分析方法

语法分析的作用：识别词法分析的单词字符串是否是给定文法的正确句子；
方法分类：

1. 自顶向下：
   1.确定的分析方式（主要）；2.不确定的分析方式（理论）

2. . 自底向上：
   1.算符优先分析，2.LR 分析；

自顶向下：面向目标分析法
First集合：右部的首个非空的非终结符的集合；
Follow集合：A的Follow集为A后的非终结符的First集合；若A后的非终结符可以为空，则$属于Follow（A）；
计算Follow集：

1. 若S为开始符号；将#加入Follow（S）中；
2. A–>aBb,将First（b）–{ε}加入到Follow（B）中，如果b–>ε 将Follow（A）也加入Follow（B）中；
3. 反复2 知直到Vn不再增大；

Select集合：A–>a ;Select（A）若A后的非终结符不空，=First（a）;
若A后的非终结符为空 = {First(a)-{ε}}并上Follow(A);
计算Select集合：

1. 若右部首位为非终结符，则为该非终结符；
2. 若右部为空，则为右部的First集合减去空集再并上左部的Follow集

LL(1)文法：1.上下文无关文法；2.A产生的 a,b 的Select集交集为空；3.a,b不能同时推空；
判别LL(1)文法：左部相同的Select集合交集为空；
左公共因子：S–>aA/S–>aB;此时的a为左公共因子；
必要条件：含有左公共因子/或者含有直接或间接左递归的文法一定不是LL(1)文法；
充要条件：不含空产生式；无左公共因子；无左递归；

直接左递归：A–>Ab;
消除直接左递归：改为右递归；
eg:S–>Sa S–>b; 改为 S–>bS’ S’–>aS’ S’–>ε;

间接左递归：A–>Bb B–>Aa
消除间接左递归：间接变直接；直接变右递归；
间接变直接：直接将B–Aa 待入到A–Bb 中；
考点：消除文法的左递归
确定的自顶向下的分析方法：
1.递归子程序法：
为每个非终结符编写一个递归过程；
2.预测分析法：
预测分析程序+栈+预测分析表
该章重点：预测分析法的使用
1.消除左递归；
2.判断是否是LL(1)文法；其中求ε，First集，Follow集，Select集的方法
3.构造预测分析表；
4.利用栈和预测分析表来预测输入串；

五 自底向上的优先分析法

自底向上：利用栈移进----归约；
关键：如何确定句柄（栈顶的符号串）
分类：1.简单优先分析；2.算符优先分析
简单优先：考虑算符之间的优先级；
算符优先：遇到可以归约的就直接归约；

简单优先关系的定义：

=：X=Y 当且仅当 存在A–>XY;
<: X XB 且B±->Y;
＞：X>Y当且仅当 存在A–>BD q且B±->X,D*–>Y;

简单优先文法：
1.任意两个算符之间只能有一种优先级；
2.任意两个产生式没有相同的右部；
3.不含空产生式；

算符优先文法：
1.不含两个相邻的非终结符；
2.若Ab或者bA出现在句型a中，任何含有b的短语肯定含有A；
3.不含空产生式

算符优先关系的定义：

=：a=b 当且仅当 A–>ab 或者 A–>aBb;
<: aaB 且 B±->b 或者B±->Cb;
＞：a>b 当且仅当A–>Bb 且 B±->a或者B±->aC;

考点：算符优先关系表的构造
构造方法：1.定义法；2.关系图法；
定义法：

1. 定义FirstVT和LastVT ；
2. 求解优先关系；
3. 构造优先关系表；

素短语：包含一个终结符且除自身外不再含有其他素短语；
最左素短语：句型最左边的素短语；

六 LR分析法

LR分析器的组成：总控程序+分析表+栈；
可归前缀：归约钱符号栈中的内容；
活前缀：形成可归前缀之前包括可归前缀在内的句型的前缀；
构造识别活前缀的有穷自动机：
形式定义法：1.先求右部的LC();2.求产生式的LR(0)C;
项目法:用 “·”号表示移进，归约；
LR(0)项目集规范族：识别文法活前缀的DFA项目集；
1.拓广文法：用一个新的S’来产生S；
2.构造规范集族；
3.判别冲突；
4.根据项目集族构造DFA；
SLR文法根据非终结符的FOLLOW集解决冲突；
LR(K):项目集右心与向前搜索符组成，搜索长度为k；
LALR(1)：对LR(1)项目集规范族合并同心集；