编译原理引言知识点总结

1. 从面向机器的语言到面向人类的语言

1.1面向机器

1. 机器语言：由0、1字符串组成的机器指令序列。
2. 汇编语言：用符号表示的指令被称为汇编指令，汇编指令的集合被称为汇编语言。

1.2面向人类

1. 通用程序设计语言：FORTRAN、Pascal、C/C++、Java、Ada等
2. 数据查询语言：SQL
3. 形式化描述语言：核心部分是基于数学基础的产生式。
4. 其他面向特定应用领域的语言：HTML、MATLAB、Verilog等。

2. 语言之间的翻译

语言分为三个层次：高级语言、汇编语言、机器语言。高级语言与具体的计算机无关，而汇编语言和机器语言均与计算机有关。

2.1 正向工程

1. 高级语言之间的翻译一般被称为转换或称为预处理。
2. 高级语言可以直接翻译成机器语言，也可以翻译成汇编语言，这个过程被称为编译。
3. 汇编语言到机器语言的翻译被称为汇编。
4. 把一个汇编语言程序汇编为在另一个机器上可以运行的机器指令，称为交叉汇编，建立在交叉汇编基础上的编译模式，也称为交叉编译。

2.2 逆向工程

1. 把机器语言翻译成汇编语言，称为反汇编。
2. 把汇编语言翻译成高级语言，称为反编译。
   

3. 编译器和解释器

3.1 编译器

源程序的翻译和翻译后的运行是两个独立的不同阶段。

1. 首先是编译阶段，用户输入源程序，经过编译器处理，生成目标程序。
2. 然后是目标程序的运行，根据目标程序的要求进行适当的数据输入，最终得到运行结果。

3.2 解释器

解释器采用另一种方式，它把翻译和运行结合在一起，翻译一段源程序，紧接着就执行它。这种方式被称为解释。

3.3 两者的区别和比较

主要区别：运行目标程序时，解释器拥有控制权，但是编译器没有。
解释器有以下两个优点：

1. 具有较好的动态特性。
2. 具有较好的可移植性。

解释器有两个缺点：

1. 时间上比编译器慢很多：每一次引用变量，都需要重新进行类型检查，甚至重新进行存储空间的分配。
2. 空间上占用更多：解释执行时，不但要有用户程序的运行空间，而且解释器和响应的运行支撑系统也要占用内存空间。

4. 编译器的工作原理和基本组成

1. 词法分析
   词法分析器的输入是源程序，输出是识别出的记号流。每个记号代表一类单词，常见的记号有：关键词（保留字）、标识符（变量名等）、字面量（常数和字符串常量）、特殊符号（运算符、分隔符等）。
2. 语法分析
   以词法分析器返回的记号流为输入构造句子的结构，并以树的形式表示出来，称之为语法树。
3. 语义分析
   根据语法树进行适当的语义处理。对于声明语句，进行符号表的查填，符号表中，每一行存放一个符号的信息；对于可执行语句，检查结构合理的表达式运算是否有意义。
   无论是解释器还是编译器，到中间代码生成以前的各阶段是完全一样的。
4. 中间代码生成
   中间代码生成器对语法树进行遍历，并生成可以顺序执行的中间代码序列。中间代码可以有若干种形式，它们的共同特征是与具体机器无关。最常用的中间代码形式是四元式，它的基本形式为：

    （序号）	(op,	 arg1,	  arg2,	  result)
            操作符   左操作数   右操作数    结果   

上式表示第（序号）个四元式，arg1和arg2进行op运算，结果存进result。

5. 中间代码优化
   对于x=y+z*60;来说，中间代码的优化过程如下

（1）(itr, 60,   , T1)
（2）( * ,id3, T1, T2)
（3）( + ,id2, T2, T3)
（4）( = , T3,   ,id1)

其中60是编译时已经知道的常数，所以没必要产生（1）号式；（4）号式的作用仅仅是把T3的值传给id1，也是多余的，经过优化后，4个四元式减少为2个。

6. 目标代码生成
   最后根据优化后的中间代码生成目标代码，在生成目标代码时需要考虑：计算机的系统结构、指令系统、寄存器的分配以及内存的组织等。
7. 符号表管理
   记录源程序中符号的必要信息，并加以组织，以便于在编译器的各个阶段能够对它们进行快速准确地查找。
8. 出错处理
   有动态错误和静态错误两种，动态错误指的是逻辑错误，发生在运行时，如0作为除数、数组越界；静态错误又分为语法错误和静态语义错误，如拼写错误、运算符不匹配等。

5. 编译器的分析/综合模式

对于编译器的各个阶段，逻辑上可以把它们划分为两个部分，即分析部分和综合部分。从词法分析到中间代码生成各个阶段的工作称为分析，而以后直到目标代码生成各阶段的工作称为综合。分析部分也称为编译器的前端，综合部分被称为编译器的后端。

6. 编译器扫描的遍数

把每个阶段将程序完整分析一遍的工作模式称为一遍扫描。例如词法分析器对源程序进行第一遍扫描，语法分析器进行第二遍扫描，以此类推，最后生成目标程序。但是一个阶段对应一遍扫描的扫描方式是逻辑上的，编译器往往把若干个阶段结合起来进行一次扫描。原理上希望扫描的遍数越少越少。这就必须保证两点：

1. 为编译器的运行提供足够大的空间。
2. 从语言的设计上和编译技术上为减少扫描遍数提供支持。

由于中间代码界定了前后端，因此，往往至少将前端扫描一遍，另外，为了生成高质量的目标代码，需要对中间代码进行优化，而全局性的控制流和数据流分析也应该对中间代码进行一遍扫描。