编译原理系列之一

本笔记为观看西安交通大学 冯博琴老师视频记录

课程特点

基础性、科学性、普适性、针对性

学习目的

1. 实现编译器
2. 专业编译器（为某一种用途所设计的语言，比如税务）
3. 计算思维（编译原理很好的反映了计算机特点）

如何学

1. 记笔记
2. 勤思考：每个部分 解决什么问题

什么叫编译程序

编译程序是系统软件中资格最老的成员之一。

基础：自动机和形式语言（学数学人弄得）

素材：数据结构、离散数学

编译理论的应用：
有穷状态技术、上下文无关文法、语法制导翻译、代码优化技术

翻译程序：（Translator）是一种程序，其输入为一种语言，输出为目标语言。
编译程序：（Compiler）是一种程序，把高级语言的源程序作为接收，编译为面向机器代码，汇编为目标程序代码。

汇编是和机器关联的，面向机器的。

编译过程概述

源程序——词法分析（得：单词符号）——语法分析（得：语法单位）——中间代码生成（得：中间代码）——代码优化（得：中间代码(优化后)）——目标代码生成（得：目标代码）

比喻：英语文章——断词（查字典：词性、本身翻译）（对应词法分析）——分析“句子”（对应语法分析）——理解含义、草译（对应中间代码生成）——反复优化翻译（对应代码优化）——交差

词法分析

任务：输入源程序：扫描、分解字符串，识别出一个个单词（定义符（可以查表）、标识符、运算符、分界符、常数）

词法分析依据：构词规则

主要理论基础： 自动机理论

语法分析

三件事情：
1. 每一个过程它的入口是什么
2. 每一个过程结果产生了什么
3. 中间过程是什么

任务：在词法分析基础上，将单词符号串转化为语法单位（语法范畴）（短语、子句、句子、程序段、程序），并确定整个输入串是否构成语法上正确的程序。

依据：语法规则（不同语言不同规则，比如C的for语句怎么写才对）

主要理论基础： 上下文无关文法

中间代码生成

任务：对语法分析所识别出的各类语法范畴，分析其含义，并进行初步翻译（产生中间代码）
（用另外一种语言写中间代码，看出来你是一个子句、句子、程序段）

依据：语义规则

理论基础：属性文法

程序好：程序短、运行快

代码优化

可读性、鲁棒性等……
时间和空间方面优化

循环为程序优化研究最多的地方（语句少点、强度低点）

任务：对于代码（主要是中间代码）进行加工变换，以期能够产生更高效（省时间和空间）的目标代码。

依据：程序等价变换规则

寄存器的分配：（相当啰嗦）
哪个寄存器可以放，哪个不可以放？

目标代码生成

任务：将中间代码变换成特定机器上的低级语言代码

目标代码形式：绝对指令（所有指令地址写死）、可重定位指令（）、汇编指令

依据：硬件体系结构、指令系统

编译程序的结构

编译程序总框

表格与表格处理

编译各个阶段均须维持表格并进行表格管理

建表的技术支持是数据结构

表格的分类、结构、处理方法决定于语言及机器还有优化措施。

编译程序涉及的表格有：

• 符号名表：（常量名、变量名、数组名、过程名、性质、引用、定义）
• 常数表（各种类型常数的值）
• 标号表：（标号的定义和引用情况）
• 入口名表：（过程的入口名和入口位置）
• 过程引用表：（外部过程的名字、引用位置）
• 循环表、等价名表、共用链表、格式表、中间代码表

出错处理

（为用户着想，错误处理好些）

一个好的编译程序应该：

• 全 （最大限度发现错误）
• 准 （准确指出错误的性质和发生地点）
• 局部化 （将错误的影响限制在尽可能小的范围内）
• 若能自动校正错误则更好，但其代价非常高

程序中的错误通常分为：

• 语法错误：（不符合语法（或词法）规则的错误）如，单词拼写错误、括号不匹配……
• 语义错误：不符合语义规则的错误，比如：说明错误、作用域错误、类型不匹配……

遍

遍：是对源程序或源程序 的中间结果从头到尾扫描一次，并作有关的加工处理，生成新的中间结果或目标程序。

编译程序生成

其他

771多所学校有计算机专业

实验科学、理论科学、计算科学

逻辑思维（数学思维）、实证思维（物理思维：观察、归纳——发现规律）

计算思维核心：一是抽象（形式化）、二是自动