编译原理及实现pdf
㈠ 编译原理
编译原理):利用编译程序从源语言编写的源程序产生目标程序的过程; 用编译程序产生目标程序的动作。 编译就是把高级语言变成计算机可以识别的2进制语言,计算机只认识1和0,编译程序把人们熟悉的语言换成2进制的。
编译程序把一个源程序翻译成目标程序的工作过程分为五个阶段:词法分析;语法分析;语义检查和中间代码生成

(1)编译原理及实现pdf扩展阅读:
编译程序的语法分析器以单词符号作为输入,分析单词符号串是否形成符合语法规则的语法单位,如表达式、赋值、循环等,最后看是否构成一个符合要求的程序,按该语言使用的语法规则分析检查每条语句是否有正确的逻辑结构,程序是最终的一个语法单位。
编译程序的语法规则可用上下文无关文法来刻画。语法分析的方法分为两种:自上而下分析法和自下而上分析法。自上而下就是从文法的开始符号出发,向下推导,推出句子。
而自下而上分析法采用的是移进归约法,基本思想是:用一个寄存符号的先进后出栈,把输入符号一个一个地移进栈里,当栈顶形成某个产生式的一个候选式时,即把栈顶的这一部分归约成该产生式的左邻符号。
㈡ 编译原理
编译原理是计算机专业的一门重要专业课,旨在介绍编译程序构造的一般原理和基本方法。内容包括语言和文法、词法分析、语法分析、语法制导翻译、中间代码生成、存储管理、代码优化和目标代码生成。 编译原理是计算机专业设置的一门重要的专业课程。编译原理课程是计算机相关专业学生的必修课程和高等学校培养计算机专业人才的基础及核心课程,同时也是计算机专业课程中最难及最挑战学习能力的课程之一。编译原理课程内容主要是原理性质,高度抽象[1]。
中文名
编译原理[1]
外文名
Compilers: Principles, Techniques, and Tools[1]
领域
计算机专业的一门重要专业课[1]
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编译器
编译原理课程
编译技术的发展
编译的基本流程
编译过程概述
基本概念
编译原理即是对高级程序语言进行翻译的一门科学技术, 我们都知道计算机程序由程序语言编写而成, 在早期计算机程序语言发展较为缓慢, 因为计算机存储的数据和执行的程序都是由0、1代码组合而成的, 那么在早期程序员编写计算机程序时必须十分了解计算机的底层指令代码通过将这些微程序指令组合排列从而完成一个特定功能的程序, 这就对程序员的要求非常高了。人们一直在研究如何如何高效的开发计算机程序, 使编程的门槛降低。[2]
编译器
C语言编译器是一种现代化的设备, 其需要借助计算机编译程序, C语言编译器的设计是一项专业性比较强的工作, 设计人员需要考虑计算机程序繁琐的设计流程, 还要考虑计算机用户的需求。计算机的种类在不断增加, 所以, 在对C语言编译器进行设计时, 一定要增加其适用性。C语言具有较强的处理能力, 其属于结构化语言, 而且在计算机系统维护中应用比较多, C语言具有高效率的优点, 在其不同类型的计算机中应用比较多。[3]
C语言编译器前端设计
编译过程一般是在计算机系统中实现的, 是将源代码转化为计算机通用语言的过程。编译器中包含入口点的地址、名称以及机器代码。编译器是计算机程序中应用比较多的工具, 在对编译器进行前端设计时, 一定要充分考虑影响因素, 还要对词法、语法、语义进行分析。[3]
1 词法分析[3]
词法分析是编译器前端设计的基础阶段, 在这一阶段, 编译器会根据设定的语法规则, 对源程序进行标记, 在标记的过程中, 每一处记号都代表着一类单词, 在做记号的过程中, 主要有标识符、关键字、特殊符号等类型, 编译器中包含词法分析器、输入源程序、输出识别记号符, 利用这些功能可以将字号转化为熟悉的单词。[3]
2 语法分析[3]
语法分析是指利用设定的语法规则, 对记号中的结构进行标识, 这包括句子、短语等方式, 在标识的过程中, 可以形成特殊的结构语法树。语法分析对编译器功能的发挥有着重要影响, 在设计的过程中, 一定要保证标识的准确性。[3]
3 语义分析[3]
语义分析也需要借助语法规则, 在对语法单元的静态语义进行检查时, 要保证语法规则设定的准确性。在对词法或者语法进行转化时, 一定要保证语法结构设置的合法性。在对语法、词法进行检查时, 语法结构设定不合理, 则会出现编译错误的问题。前端设计对精确性要求比较好, 设计人员能够要做好校对工作, 这会影响到编译的准确性, 如果前端设计存在失误, 则会影响C语言编译的效果。[3]
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链接:
书名:编译原理
作者:陈意云
豆瓣评分:6.2
出版社:高等教育出版社
出版年份:2003-1
页数:381
内容简介:
《编译原理》介绍编译器构造的一般原理和基本实现方法,主要内容包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、代码优化和目标代码生成等。除了介绍命令式编程语言的编译技术外,《编译原理》还介绍面向对象语言和函数式编程语言的实现技术。《编译原理》还强调一些相关的理论知识,如形式语言和自动机理论、语法制导的定义和属性文法、类型论和类型系统等。
《编译原理》取材广泛新颖、图文并茂,注意理论联系实际。为满足教师教学和学生自学及考研需求,《编译原理》作者编写了配套教学参考书《编译原理习题精选与解析》(高等教育出版社2005年8月出版),同时提供本课程的电子教案,可从高等教育出版社高等理工教学资源网免费下载。《编译原理》可作为高等学校计算机科学及相关专业的教材,也可供计算机软件工程技术人员参考使用。

㈣ 编译原理课程讲什么内容
《编译原理》课程介绍编译器构造的一般原理和基本实现方法,主要介绍编译器的各个阶段:词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、代码优化和目标代码生成。本课程在介绍命令式程序设计语言实现技术的同时,强调一些相关的理论知识,如形式语言和自动机理论、语法制导的定义和属性文法、类型论等。它们是计算机专业理论知识的重要一部分,在本书中结合应用来介绍这些知识,有助于学生较快领会和掌握。本课程强调形式化描述技术,并以语法制导定义作为翻译的主要描述工具。本课程强调对编译原理和技术在宏观上的理解,作为原理性的教学,本课程主要介绍基本的理论和方法,不偏向于某种源语言或目标机器。
㈤ 编译原理-LL1文法详细讲解
我们知道2型文法( CFG ),它的每个产生式类型都是 α→β ,其中 α ∈ VN , β ∈ (VN∪VT)*。
例如, 一个表达式的文法:
最终推导出 id + (id + id) 的句子,那么它的推导过程就会构成一颗树,即 CFG 分析树:
从分析树可以看出,我们从文法开始符号起,不断地利用产生式的右部替换产生式左部的非终结符,最终推导出我们想要的句子。这种方式我们称为自顶向下分析法。
从文法开始符号起,不断用非终结符的候选式(即产生式)替换当前句型中的非终结符,最终得到相应的句子。
在每一步推导过程中,我们需要做两个选择:
因为一个句型中,可能存在多个非终结符,我们就不确定选择那一个非终结符进行替换。
对于这种情况,我们就需要做强制规定,每次都选择句型中第一个非终结符进行替换(或者每次都选择句型中最后一个非终结符进行替换)。
自顶向下的语法分析采用最左推导方式,即总是选择每个句型的最左非终结符进行替换。
最终的结果是要推导出一个特定句子(例如 id + (id + id) )。
我们将特定句子看成一个输入字符串,而每一个非终结符对应一个处理方法,这个处理方法用来匹配输入字符串的部分,算法如下:
方法解析:
这种方式称为递归下降分析( Recursive-Descent Parsing ):
当选择的候选式不正确,就需要回溯( backtracking ),重新选择候选式,进行下一次尝试匹配。因为要不断的回溯,导致分析效率比较低。
这种方式叫做预测分析( Predictive Parsing ):
要实现预测分析,我们必须保证从文法开始符号起,每一个推导过程中,当前句型最左非终结符 A 对于当前输入字符 a ,只能得到唯一的 A 候选式。
根据上面的解决方法,我们首先想到,如果非终结符 A 的候选式只有一个以终结符 a 开头候选式不就行了么。
进而我们可以得出,如果一个非终结符 A ,它的候选式都是以终结符开头,并且这些终结符都各不相同,那么本身就符合预测分析了。
这就是S_文法,满足下面两个条件:
例子:
这就是一个典型的S_文法,它的每一个非终结符遇到任一终结符得到候选式是确定的。如 S -> aA | bAB , 只有遇到终结符 a 和 b 的时候,才能返回 S 的候选式,遇到其他终结符时,直接报错,匹配不成功。
虽然S_文法可以实现预测分析,但是从它的定义上看,S_文法不支持空产生式(ε产生式),极大地限制了它的应用。
什么是空产生式(ε产生式)?
例子
这里 A 有了空产生式,那么 S 的产生式组 S -> aA | bAB ,就可以是 a | bB ,这样 a , bb , bc 就变成这个文法 G 的新句子了。
根据预测分析的定义,非终结符对于任一终结符得到的产生式是确定的,要么能获取唯一的产生式,要么不匹配直接报错。
那么空产生式何时被选择呢?
由此可以引入非终结符 A 的后继符号集的概念:
定义: 由文法 G 推导出来的所有句型,可以出现在非终结符 A 后边的终结符 a 的集合,就是这个非终结符 A 的后继符号集,记为 FOLLOW(A) 。
因此对于 A -> ε 空产生式,只要遇到非终结符 A 的后继符号集中的字符,可以选择这个空产生式。
那么对于 A -> a 这样的产生式,只要遇到终结符 a 就可以选择了。
由此我们引入的产生式可选集概念:
定义: 在进行推导时,选用非终结符 A 一个产生式 A→β 对应的输入符号的集合,记为 SELECT(A→β)
因为预测分析要求非终结符 A 对于输入字符 a ,只能得到唯一的 A 候选式。
那么对于一个文法 G 的所有产生式组,要求有相同左部的产生式,它们的可选集不相交。
在 S_文法基础上,我们允许有空产生式,但是要做限制:
将上面例子中的文法改造:
但是q_文法的产生式不能是非终结符打头,这就限制了其应用,因此引入LL(1)文法。
LL(1)文法允许产生式的右部首字符是非终结符,那么怎么得到这个产生式可选集。
我们知道对于产生式:
定义: 给定一个文法符号串 α , α 的 串首终结符集 FIRST(α) 被定义为可以从 α 推导出的所有串首终结符构成的集合。
定义已经了解清楚了,那么该如何求呢?
例如一个文法符号串 BCDe , 其中 B C D 都是非终结符, e 是终结符。
因此对于一个文法符号串 X1X2 … Xn ,求解 串首终结符集 FIRST(X1X2 … Xn) 算法:
但是这里有一个关键点,如何求非终结符的串首终结符集?
因此对于一个非终结符 A , 求解 串首终结符集 FIRST(A) 算法:
这里大家可能有个疑惑,怎么能将 FIRST(Bβ) 添加到 FIRST(A) 中,如果问文法符号串 Bβ 中包含非终结符 A ,就产生了循环调用的情况,该怎么办?
对于 串首终结符集 ,我想大家疑惑的点就是,串首终结符集到底是针对 文法符号串 的,还是针对 非终结符 的,这个容易弄混。
其实我们应该知道, 非终结符 本身就属于一个特殊的 文法符号串 。
而求解 文法符号串 的串首终结符集,其实就是要知道文法符号串中每个字符的串首终结符集:
上面章节我们知道了,对于非终结符 A 的 后继符号集 :
就是由文法 G 推导出来的所有句型,可以出现在非终结符 A 后边的终结符的集合,记为 FOLLOW(A) 。
仔细想一下,什么样的终结符可以出现在非终结符 A 后面,应该是在产生式中就位于 A 后面的终结符。例如 S -> Aa ,那么终结符 a 肯定属于 FOLLOW(A) 。
因此求非终结符 A 的 后继符号集 算法:
如果非终结符 A 是产生式结尾,那么说明这个产生式左部非终结符后面能出现的终结符,也都可以出现在非终结符 A 后面。
我们可以求出 LL(1) 文法中每个产生式可选集:
根据产生式可选集,我们可以构建一个预测分析表,表中的每一行都是一个非终结符,表中的每一列都是一个终结符,包括结束符号 $ ,而表中的值就是产生式。
这样进行语法推导的时候,非终结符遇到当前输入字符,就可以从预测分析表中获取对应的产生式了。
有了预测分析表,我们就可以进行预测分析了,具体流程:
可以这么理解:
我们知道要实现预测分析,要求相同左部的产生式,它们的可选集是不相交。
但是有的文法结构不符合这个要求,要进行改造。
如果相同左部的多个产生式有共同前缀,那么它们的可选集必然相交。
例如:
那么如何进行改造呢?
其实很简单,进行如下转换:
如此文法的相同左部的产生式,它们的可选集是不相交,符合现预测分析。
这种改造方法称为 提取公因子算法 。
当我们自顶向下的语法分析时,就需要采用最左推导方式。
而这个时候,如果产生式左部和产生式右部首字符一样(即A→Aα),那么推导就可能陷入无限循环。
例如:
因此对于:
文法中不能包含这两种形式,不然最左推导就没办法进行。
例如:
它能够推导出如下:
你会惊奇的发现,它能推导出 b 和 (a)* (即由 0 个 a 或者无数个 a 生成的文法符号串)。其实就可以改造成:
因此消除 直接左递归 算法的一般形式:
例如:
消除间接左递归的方法就是直接带入消除,即
消除间接左递归算法:
这个算法看起来描述很多,其实理解起来很简单:
思考 : 我们通过 Ai -> Ajβ 来判断是不是间接左递归,那如果有产生式 Ai -> BAjβ 且 B -> ε ,那么它是不是间接左递归呢?
间接地我们可以推出如果一个产生式 Ai -> αAjβ 且 FIRST(α) 包括空串ε,那么这个产生式是不是间接左递归。
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简介:本书由在全国知名高校长期从事编译原理课程教学工作的资深教师编写,书中汇集了近年来全国众多知名高校计算机专业研究生入学考试常见考试知识点和经典试题解析,提供了丰富的典型题例与实战练习,十分难得的是本书包含了国内50多所知名高校的编译原理研究生入学试题,此外还提供了两套模拟试题及参考答案。本书是帮助读者在最短时间内成功考研的“利器”,是考生顺利通过考试强有力的保障。本书从实际考试的角度出发,对本课程考试重点、难点问题进行了详细解析,书中所有题例、名校试题及练习都配有参考解答。

㈦ 编译原理
C语言编译过程详解
C语言的编译链接过程是要把我们编写的一个C程序(源代码)转换成可以在硬件上运行的程序(可执行代码),需要进行编译和链接。编译就是把文本形式源代码翻译为机器语言形式的目标文件的过程。链接是把目标文件、操作系统的启动代码和用到的库文件进行组织形成最终生成可执行代码的过程。过程图解如下:
从图上可以看到,整个代码的编译过程分为编译和链接两个过程,编译对应图中的大括号括起的部分,其余则为链接过程。
一、编译过程
编译过程又可以分成两个阶段:编译和汇编。
1、编译
编译是读取源程序(字符流),对之进行词法和语法的分析,将高级语言指令转换为功能等效的汇编代码,源文件的编译过程包含两个主要阶段:
第一个阶段是预处理阶段,在正式的编译阶段之前进行。预处理阶段将根据已放置在文件中的预处理指令来修改源文件的内容。如#include指令就是一个预处理指令,它把头文件的内容添加到.cpp文件中。这个在编译之前修改源文件的方式提供了很大的灵活性,以适应不同的计算机和操作系统环境的限制。一个环境需要的代码跟另一个环境所需的代码可能有所不同,因为可用的硬件或操作系统是不同的。在许多情况下,可以把用于不同环境的代码放在同一个文件中,再在预处理阶段修改代码,使之适应当前的环境。
主要是以下几方面的处理:
(1)宏定义指令,如 #define a b。
对于这种伪指令,预编译所要做的是将程序中的所有a用b替换,但作为字符串常量的 a则不被替换。还有 #undef,则将取消对某个宏的定义,使以后该串的出现不再被替换。
(2)条件编译指令,如#ifdef,#ifndef,#else,#elif,#endif等。
这些伪指令的引入使得程序员可以通过定义不同的宏来决定编译程序对哪些代码进行处理。预编译程序将根据有关的文件,将那些不必要的代码过滤掉
(3) 头文件包含指令,如#include "FileName"或者#include <FileName>等。
在头文件中一般用伪指令#define定义了大量的宏(最常见的是字符常量),同时包含有各种外部符号的声明。采用头文件的目的主要是为了使某些定义可以供多个不同的C源程序使用。因为在需要用到这些定义的C源程序中,只需加上一条#include语句即可,而不必再在此文件中将这些定义重复一遍。预编译程序将把头文件中的定义统统都加入到它所产生的输出文件中,以供编译程序对之进行处理。包含到C源程序中的头文件可以是系统提供的,这些头文件一般被放在/usr/include目录下。在程序中#include它们要使用尖括号(<>)。另外开发人员也可以定义自己的头文件,这些文件一般与C源程序放在同一目录下,此时在#include中要用双引号("")。
(4)特殊符号,预编译程序可以识别一些特殊的符号。
例如在源程序中出现的LINE标识将被解释为当前行号(十进制数),FILE则被解释为当前被编译的C源程序的名称。预编译程序对于在源程序中出现的这些串将用合适的值进行替换。
预编译程序所完成的基本上是对源程序的“替代”工作。经过此种替代,生成一个没有宏定义、没有条件编译指令、没有特殊符号的输出文件。这个文件的含义同没有经过预处理的源文件是相同的,但内容有所不同。下一步,此输出文件将作为编译程序的输出而被翻译成为机器指令。
第二个阶段编译、优化阶段。经过预编译得到的输出文件中,只有常量;如数字、字符串、变量的定义,以及C语言的关键字,如main,if,else,for,while,{,}, +,-,*,\等等。
编译程序所要作得工作就是通过词法分析和语法分析,在确认所有的指令都符合语法规则之后,将其翻译成等价的中间代码表示或汇编代码。
优化处理是编译系统中一项比较艰深的技术。它涉及到的问题不仅同编译技术本身有关,而且同机器的硬件环境也有很大的关系。优化一部分是对中间代码的优化。这种优化不依赖于具体的计算机。另一种优化则主要针对目标代码的生成而进行的。
对于前一种优化,主要的工作是删除公共表达式、循环优化(代码外提、强度削弱、变换循环控制条件、已知量的合并等)、复写传播,以及无用赋值的删除,等等。
后一种类型的优化同机器的硬件结构密切相关,最主要的是考虑是如何充分利用机器的各个硬件寄存器存放的有关变量的值,以减少对于内存的访问次数。另外,如何根据机器硬件执行指令的特点(如流水线、RISC、CISC、VLIW等)而对指令进行一些调整使目标代码比较短,执行的效率比较高,也是一个重要的研究课题。
2、汇编
汇编实际上指把汇编语言代码翻译成目标机器指令的过程。对于被翻译系统处理的每一个C语言源程序,都将最终经过这一处理而得到相应的目标文件。目标文件中所存放的也就是与源程序等效的目标的机器语言代码。目标文件由段组成。通常一个目标文件中至少有两个段:
代码段:该段中所包含的主要是程序的指令。该段一般是可读和可执行的,但一般却不可写。
数据段:主要存放程序中要用到的各种全局变量或静态的数据。一般数据段都是可读,可写,可执行的。
UNIX环境下主要有三种类型的目标文件:
(1)可重定位文件
其中包含有适合于其它目标文件链接来创建一个可执行的或者共享的目标文件的代码和数据。
(2)共享的目标文件
这种文件存放了适合于在两种上下文里链接的代码和数据。
第一种是链接程序可把它与其它可重定位文件及共享的目标文件一起处理来创建另一个 目标文件;
第二种是动态链接程序将它与另一个可执行文件及其它的共享目标文件结合到一起,创建一个进程映象。
(3)可执行文件
它包含了一个可以被操作系统创建一个进程来执行之的文件。汇编程序生成的实际上是第一种类型的目标文件。对于后两种还需要其他的一些处理方能得到,这个就是链接程序的工作了。
二、链接过程
由汇编程序生成的目标文件并不能立即就被执行,其中可能还有许多没有解决的问题。
例如,某个源文件中的函数可能引用了另一个源文件中定义的某个符号(如变量或者函数调用等);在程序中可能调用了某个库文件中的函数,等等。所有的这些问题,都需要经链接程序的处理方能得以解决。
链接程序的主要工作就是将有关的目标文件彼此相连接,也即将在一个文件中引用的符号同该符号在另外一个文件中的定义连接起来,使得所有的这些目标文件成为一个能够被操作系统装入执行的统一整体。
根据开发人员指定的同库函数的链接方式的不同,链接处理可分为两种:
(1)静态链接
在这种链接方式下,函数的代码将从其所在地静态链接库中被拷贝到最终的可执行程序中。这样该程序在被执行时这些代码将被装入到该进程的虚拟地址空间中。静态链接库实际上是一个目标文件的集合,其中的每个文件含有库中的一个或者一组相关函数的代码。
(2) 动态链接
在此种方式下,函数的代码被放到称作是动态链接库或共享对象的某个目标文件中。链接程序此时所作的只是在最终的可执行程序中记录下共享对象的名字以及其它少量的登记信息。在此可执行文件被执行时,动态链接库的全部内容将被映射到运行时相应进程的虚地址空间。动态链接程序将根据可执行程序中记录的信息找到相应的函数代码。
对于可执行文件中的函数调用,可分别采用动态链接或静态链接的方法。使用动态链接能够使最终的可执行文件比较短小,并且当共享对象被多个进程使用时能节约一些内存,因为在内存中只需要保存一份此共享对象的代码。但并不是使用动态链接就一定比使用静态链接要优越。在某些情况下动态链接可能带来一些性能上损害。
我们在linux使用的gcc编译器便是把以上的几个过程进行捆绑,使用户只使用一次命令就把编译工作完成,这的确方便了编译工作,但对于初学者了解编译过程就很不利了,下图便是gcc代理的编译过程:
从上图可以看到:
预编译
将.c 文件转化成 .i文件
使用的gcc命令是:gcc –E
对应于预处理命令cpp
编译
将.c/.h文件转换成.s文件
使用的gcc命令是:gcc –S
对应于编译命令 cc –S
汇编
将.s 文件转化成 .o文件
使用的gcc 命令是:gcc –c
对应于汇编命令是 as
链接
将.o文件转化成可执行程序
使用的gcc 命令是: gcc
对应于链接命令是 ld
总结起来编译过程就上面的四个过程:预编译、编译、汇编、链接。了解这四个过程中所做的工作,对我们理解头文件、库等的工作过程是有帮助的,而且清楚的了解编译链接过程还对我们在编程时定位错误,以及编程时尽量调动编译器的检测错误会有很大的帮助的。
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编译原理是计算机专业的一门重要专业课,旨在介绍编译程序构造的一般原理和基本方法。内容包括语言和文法、词法分析、语法分析、语法制导翻译、中间代码生成、存储管理、代码优化和目标代码生成。编译原理是计算机专业设置的一门重要的专业课程。
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简介:OpenMP制导指令将C语言扩展为一个并行语言,但OpenMP本身不是一种独立的并行语言,而是为多处理器上编写并行程序而设计的、指导共享内存,OpenMP编程模型以线程为基础,通过编译制导指令来显示地指导并行化

