编译原理课件

编译原理欢迎来到编译原理的世界！课程简介学习目标课程内容教学方式了解编译原理的基本概念，掌握编译涵盖词法分析、语法分析、语义分析课堂讲授、课后作业、实验实践相结器的设计和实现方法、中间代码生成、代码优化、目标代合，注重理论与实践的结合码生成等内容编译器基本结构词法分析器语法分析器语义分析器代码优化器将源代码转换成词法单元流检查语法是否正确，生成语法树检查语义是否正确，生成中间代码优化中间代码，提高效率代码生成器生成目标代码，可执行文件词法分析词法单元1识别源代码中的基本单位词法规则2定义词法单元的构成规则词法分析器3实现词法规则，识别词法单元词法分析构造方法有限自动机正规表达式词法分析器生成器有限自动机是一种描述有限状态机的方正规表达式可以用来描述词法单元的模词法分析器生成器可以根据正规表达式法，它可以用于识别词法单元式，并将其转换为有限自动机自动生成词法分析器语法分析句法结构1识别程序的结构，检查是否符合语法规则语法树2将代码转换为树形结构，以表示语法关系语法错误3识别并报告语法错误，例如缺少分号或括号不匹配预测分析LL1预测分析是自顶向下的分析方法之一分析表是用来记录状态和预测结果的表分析算法是使用分析表来进行预测和匹.格配..分析LR1自底向上分析状态机移进归约-123分析是一种自底向上的分析分析器使用有限状态自动机分析过程包括移进（将输入符号LR1LR1方法，它通过逐步构建语法树来（）来跟踪分析过程中的状态移入堆栈）和归约（将堆栈中的FSA识别输入字符串的语法结构，并在每个状态下根据当前输入符号替换为更高级别的非终结符符号做出决策）两个操作语义分析类型检查确保变量和表达式类型匹配，避免类型错误语义规则验证检查代码是否符合语言的语义规则，例如变量是否已声明符号表管理维护变量和函数的信息，用于类型检查和代码生成中间代码生成抽象语法树1将语法分析树转化为抽象语法树（），减少冗余信息AST，方便后续处理三地址代码2将转化为三地址代码，用三元式或四元式表示程序的AST语义，方便优化中间代码优化3对中间代码进行优化，提升程序效率，例如常量传播、代码折叠等符号表管理存储信息代码生成语义分析123符号表存储变量、函数、类型等编译器使用符号表生成目标代码符号表用于支持语义分析，例如信息，包括名称、类型、地址等，例如分配内存地址、检查类型类型检查、变量作用域检查等一致性类型检查静态检查动态检查在编译期间进行，检查代码是在运行期间进行，检查代码的否符合语言的语法和语义规则运行时错误，例如数组越界或除零错误类型推断编译器根据代码上下文推断变量的类型，减少程序员的显式类型声明目标代码生成代码优化目标代码生成器通常会进行一些优化，例如寄存器分配和指令调度指令选择将中间代码转换为目标机器的指令集地址分配为变量和函数分配内存地址优化技术提高代码效率减少代码体积节省内存资源汇编指令集1汇编语言使用指令集，它与特定的处理器架构相对应低级语言2汇编语言是低级语言，因为它直接与硬件交互可读性3汇编语言比机器代码更易于阅读和理解效率4汇编语言代码通常比高级语言代码更有效率链接概念1将目标代码模块组合成一个可执行程序作用2解决模块之间相互依赖的问题步骤3地址解析、符号表合并、重定位链接器将编译器产生的目标代码模块和其他库文件组合成一个可执行程序链接过程解决了目标代码模块之间的相互依赖关系，并确保程序的正确执行链接器主要执行地址解析、符号表合并和重定位等操作装载加载1将目标代码加载到内存分配内存2为程序数据和指令分配内存空间初始化3设置程序运行环境执行4开始执行程序运行时环境内存管理1分配和回收程序运行所需的内存空间管理I/O2处理程序与外部设备的交互，例如键盘、鼠标、磁盘等异常处理3处理程序运行过程中发生的错误或异常情况线程管理4管理程序中的多个线程，确保它们能够协调工作错误处理语法错误语义错误运行时错误编译器在词法分析或语法分析阶段发现编译器在语义分析阶段发现的错误，例程序在运行时发生的错误，例如数组越的错误，例如语法不正确、标识符未定如类型不匹配、变量未声明等界、除零错误等义等编译器生成工具和其他工具lex yacc和是常用的编译器生成工具，可以帮助开发者快速构除了和，还有其他编译器生成工具可供选择，例如lex yacclex yacc建词法分析器和语法分析器和ANTLR Bison和lex yacclexyacc词法分析器生成工具语法分析器生成工具自顶向下分析从文法开始符号开始从文法开始符号开始逐步向下推导根据产生式进行替换利用文法的产生式将非终结符替换为终结符或其他非终结符匹配输入符号将推导得到的符号序列与输入符号序列进行匹配自底向上分析语法树1构建抽象语法树句柄2识别语法树的子树移进归约-3反复移进和归约递归下降分析语法规则1直接使用语法规则，将每个非终结符都写成一个函数递归调用2函数内部使用递归调用来解析对应子表达式，直到找到终结符匹配3将输入符号与预期的终结符进行比较，如果匹配则继续解析，否则报错分析LALR的简化LR1分析器更容易实现，在实践中LALR被广泛应用它兼顾了分析的LR1分析是一种分析的简化版LALR LR1精确性和效率本它通过合并一些状态，减少了分析表的规模，使分析速度更快分析可以处理许多实际编程语LALR言，包括、、等C JavaPython数据流分析数据流分析的作用数据流分析的类型通过分析数据流，编译器可以识别和优化程序中的潜在问题常见的类型包括可达性分析、常量传播和死代码消除这些分析可以帮助优化代码，提高执行效率例如，它可以检测到变量的定义和使用之间的不一致，或者识别出可以消除的冗余代码经典优化技术代码简化循环优化数据流分析123消除冗余代码，提高程序效率减少循环次数，提高程序执行速分析数据在程序中的流动，优化度数据使用方式循环优化循环不变代码外提循环展开将循环中不依赖循环变量的计将循环体中的代码复制多次，算移出循环体，提高效率减少循环次数，但可能增加代码量循环合并强度削弱将多个循环合并成一个循环，将循环中复杂运算替换为简单减少循环次数，提高效率运算，提高效率寄存器分配将变量分配到寄存器中，以加快访减少内存访问次数，提高程序执行问速度效率使用图着色算法或其他方法进行寄存器分配编译器组织编译器组织是指将编译器分解成多个模块或阶段，每个模块负责完成特定的编译任务，并将结果传递给下一个模块常见的编译器组织结构包括分阶段组织将编译过程划分为多个阶段，如词法分析、语法分析、语•义分析、代码生成等每个阶段独立运行，并将结果传递给下一个阶段流水线组织将编译过程分解成多个并行执行的阶段，每个阶段独立运•行，并将结果传递给下一个阶段混合组织结合分阶段组织和流水线组织，将编译过程划分为多个阶段•，同时采用流水线技术提高效率编译实验设计与实现1选择一个简单的语言，比如Pascal或C的子集，进行编译器的设计与实现词法分析2使用Flex或其他工具构建词法分析器，识别源代码中的词法单元语法分析3使用Bison或其他工具构建语法分析器，分析词法单元的语法结构语义分析4进行类型检查，符号表管理，生成中间代码，并进行优化代码生成5根据目标平台，生成汇编代码或机器代码测试与调试6编写测试用例，验证编译器功能，并进行调试。