【编译原理】介绍
1. 为什么需要编译器
1.1 什么是编译器
编译器的定义：一种计算机程序，它能将一种语言翻译成另一种语言。
编译器是一个复杂的程序
编译器用于多种形式的计算（命令行解释器，接口程序）
1.2 什么是编译
编译的过程就是将高级语言翻译成汇编语言或者机器语言的过程。(记住：计算机只能识别二进制数据)
高级语言：易于书写和理解，但必须高效、简单地表达复杂的数学公式。
汇编语言：例如MOV X，2
机器语言：例如C706 0000 0002
意思是：将数据0002存储到地址为0000的存储器中。（C706是操作码，0002是操作数）
问题是：不易书写，难以阅读/理解。
1.3 编译器
1.4 编程语言
低级编程语言：
- 与机器有关的
- 机器语言（例如100100111）
- 汇编语言
- 面向机器的程序设计语言
高级编程语言：机器无关语言（C, C++，Java）
1.5 编译的功能
编译器和解释器的区别：
编译器的作用：把某种编程语言写成的源代码转换成另一种编程语言。
解释器的作用：能够把高级编程语言一行一行直接转译运行。
表示编程语言单词结构的符号方法有：
- 有限自动机
- 正则表达式
2 与编译器相关的程序
2.1 解释器
- 立即执行源程序，而不是生成目标代码。
- 执行速度比编译代码慢10倍或更多。
- 与编译器共享他们的许多操作。
2.2 汇编器
- 特定计算机汇编语言的翻译器。
- 汇编语言是一种机器语言的符号形式。
- 编译器可以生成汇编语言作为其目标语言，而汇编器则完成了对目标代码的翻译。
- 汇编器比编译器要简单得多。
- 它们确实有共同的特点，因为它们都必须从源代码转换到目标代码。
2.3 替代编译器方案
- 编译到机器代码
- 解释
- 汇编语言输出
- 中间代码输出
- 来自预处理器的输入
- 加载程序直接使用的输出，或链接编辑器与其他代码组合使用的输出
2.4 链接器
- 将单独的对象文件收集到一个可直接执行的文件中。
- 将目标程序连接到标准库函数的代码和OS提供的资源。
- 成为编译器的主要活动之一，取决于操作系统和处理器。
2.5 加载器
解析相对于给定基的所有可重新定位地址。
使可执行代码更灵活。
通常作为操作环境的一部分，很少作为实际的单独程序。
2.6 预处理器
删除注释，包括其他文件，并执行宏替换。
语言（如C语言）所需，或者可以在以后添加提供额外功能的语言。
2.7 编辑器
编译器已与编辑器和其他程序捆绑在一起，成为一个交互式开发环境（IDE）。
面向编程语言的格式或结构，称为基于结构。
可能包括编译器的一些操作，通知一些错误。
2.8 调试器
用于确定编译程序中的执行错误。
跟踪大多数或所有源代码信息。
在预先指定的称为断点的位置停止执行。
编译器必须提供适当的符号信息。
2.9 配置文件
收集执行过程中对象程序行为的统计信息：
- 每个过程的调用时间
- 执行时间百分比
用于提高程序的执行速度
2.10 项目经理
协调不同人员处理的文件，维护程序的一致版本。
语言独立或与编译器捆绑在一起。
Unix系统上两个流行的项目管理程序：
- Sccs(源代码控制系统)
- Rcs(修订控制系统)
3 翻译过程
3.1 六个阶段
词法分析器 （Scanner/ lexcial analyzer）
语法分析器 (Parser/ syntax analyzer)
语义分析
源代码优化器
代码生成器
目标代码优化器
3.2 三个辅助部件
文字表
符号表
错误处理程序
" class="reference-link">3.3 编译器的阶段
词法分析：识别句子中的所有单词
语法分析：分析句子的结构 （人，动词，宾语，从句）
语义分析：分析句子的“含义”
根据句子的意思翻译：中间代码生成
优化翻译句子：优化 （例如：添加 了，过，着 等等）
给出最后的翻译句子：目标代码生成
3.4 词法分析器
词法分析器（Scanner/ Lexical analyzer）：它将字符序列收集成有意义的单位，称为令牌。
We: pron, studied: verb… (We和studied都是token)
3.5 语法分析器
语法分析器 （Parser/ Syntax analyzer）：它决定了程序的结构。语法分析的结果是解析树或语法树。
例子: a[index]=4+2
解析树：
语法树：
3.6 语义分析器
程序的语义是其“含义”，而不是其语法或结构，即在执行之前确定其某些运行时行为。
静态语义：声明和类型检查
属性：语义分析器计算的额外信息。
例子: a[index]=4+2
注释语法树：
3.7 源代码优化器
大多数优化步骤的最早点是在语义分析之后。
代码改进仅取决于源代码，并作为一个单独的阶段。
单个编译器在优化类型和布局方面表现出很大的差异。
例子：a[index] = 4 + 2
- 直接在带注释的树上执行常量折叠
- 使用中间码：三地址码、p码
3.8 注释树的优化
3.9 中间代码优化
3.10 代码生成
它接受中间代码或IR（指令寄存器）并为目标机器生成代码。
目标机器的特性成为主要因素：使用说明和数据表示
例如：a[index] = 4+2 (假设汇编语言中的代码序列)
一种可能的代码序列：
3.11 目标代码优化器
它改进了代码生成器生成的目标代码：
- 地址模式选择
- 指令更换
- 以及冗余消除
4 编译器中的主要数据结构
4.1 阶段间通信的主要数据结构
4.1.1 TOKENS
词法分析器将字符收集到令牌中，作为TOKEN的枚举数据类型的值。
还可以保留字符串或其他派生信息，例如标识符的名称、数字标记的值。
单个全局变量或令牌数组。
4.1.2 语法树
解析器生成的基于指针的标准结构。
每个节点表示解析器或更高版本收集的信息，这些信息可以动态分配或存储在符号表中。
根据语言结构的类型，节点需要不同的属性，这些属性可以表示为变量记录。
4.1.3 符号表
保存与标识符相关的信息：函数、变量、常量和数据类型。
几乎与编译器的每个阶段交互。
访问操作需要恒定时间。
经常使用一个或多个哈希表。
4.1.4 文字表
存储常量和字符串，减少程序的大小。
快速插入和查找至关重要。
4.1.5 中间代码
保存为文本字符串数组、临时文本或结构链接列表，取决于中间代码的类型（例如三地址代码和p代码）。
应该易于重组。
4.1.6 临时文件
保存编译期间中间步骤的乘积。
解决代码生成过程中内存限制或反补丁问题。
5 编译器结构中的其他问题
5.1 编译器的结构
不同角度的多个视图：
- 逻辑结构
- 物理结构
- 操作顺序
结构的主要影响
- 可靠性、效率
- 有用性、可维护性
5.2 分析和合成
编译器的分析部分分析源程序以计算其属性
- 词汇分析、语法分析和语义分析以及优化
- 更多的数学知识和更好的理解
编译器的合成部分生成翻译的代码
- 代码生成和优化
- 更专业化
这两个部分可以彼此独立地更改。
5.2.1 分析部分
词汇分析器或扫描器
语法分析器或解析器
一些语义分析
我们生成某种形式的中间表示和符号表
5.2.2 合成部分
代码生成阶段
可能有一个或多个优化阶段
所有这些阶段可以顺序运行，也可以并行运行
5.3 前端和后端
前端的操作取决于源语言
扫描器、解析器和语义分析器，以及中间代码合成
后端的操作取决于目标语言
代码生成以及一些优化分析
中间表示是它们之间的沟通媒介
这种结构对于编译器的可移植性很重要
5.4 遍
在生成代码之前处理整个源程序的重复称为遍。
遍可能与阶段对应，也可能与阶段不对应。
- 遍通常由几个阶段组成。
- 编译器可以是一次遍，这会导致高效编译，但目标代码效率较低。
- 大多数具有优化功能的编译器使用多个遍：
1）一个遍用于扫描和解析
2）一个遍用于语义分析和源代码级优化
3）一个遍用于代码生成和目标级优化
5.5 语言定义和编译器
编程语言的词汇和句法结构
- 正则表达式
- 上下文无关语法
英语描述中编程语言的语义
- 语言参考手册
- 语言定义
语言定义和编译器通常是同时开发的
- 这些技术对定义有重大影响
- 定义对技术有重大影响
要实现的语言是众所周知的，并且具有现有的定义
- 这不是一项容易的任务
一种语言偶尔会有数学术语中的形式定义给出的语义
- 函数编程社区中所谓的指称语义
- 给出编译器符合定义的数学证明
运行时环境的结构和行为影响编译器构造
- 静态运行时环境
- 半动态或基于堆栈的环境
- 完全动态或基于堆的环境
5.6 编译器选项和接口
与操作系统接口的机制
- 输入和输出设施
- 访问目标计算机的文件系统
用户用于各种目的的选项
- 列表特性规范
- 代码优化选项
5.7 错误处理
静态（或编译时）错误必须由编译器报告：
- 生成有意义的错误消息并在每次错误后继续编译。
- 编译器的每个阶段都需要不同类型的错误处理。
异常处理：
- 生成额外的代码以执行适当的运行时测试，以确保所有此类错误在执行过程中引起适当的事件。
清疚
深藏阁楼爱情的钟
忘是亡心i
野性酷女
还没有评论，来说两句吧...