【编译原理】【《编译技术与应用》笔记】第一章：编译技术概述-程序员宅基地

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系列专栏：编译原理

果上随缘

1.1|计算模型和机器语言的特性

1.2|高级程序语言及其特性

1.3|编译方法及过程

源程序的构成特性
  • 程序由语句构成，语句由词构成，词由字符构成，字符由字节构成，字节由比特构成
编译过程
词法分析
  • 词的构成法则也叫词法
  • 依据词法对输入的源程序文件进行分析，把其中的字符序列切分成词序列
语法分析
  • 依据语法对词序列进行切分，构建出源程序的语法分析树
  • 赋值语句area = area + fun(x) * stepLen;的语法分析树

1

语义分析

  • 语法表达构成，而语义法则表达约束

    • 示例：变量要先定义后使用，函数的使用要和函数的定义相一致等

  • 语法分析的另一个目的是消除语义的模糊性

    • 示例：在C++中，变量所指采取就近原则
中间代码生成
  • 语法分析中，一旦某种结构体的完整实例出现，便基于该结构体的语义得出其中间代码
三地址码
  • 对于一条计算指令，其输入的操作数最多 2 2 2个，其输出的操作数最多 1 1 1个
  • 不论是输入操作数还是输出操作数，都用其逻辑地址标识
  • 在三地址码中，没有变量的名称概念，只有变量的逻辑地址概念
  • 赋值语句area = area + fun(x) * stepLen;的中间代码
param x
t1 = call fun, 1
t2 = t1 * stepLen
t3 = area + t2
area = t3
变量名称向变量逻辑地址的过渡
  • 把源代码中定义的全局变量全部挪动到源代码的开始位置
  • 然后设定第一个全局变量的逻辑地址为 0 0 0
  • 经此处理之后，第 i i i个变量的逻辑地址就是第 i − 1 i - 1 i−1个变量的逻辑地址加上第 i − 1 i - 1 i−1个变量的宽度值，于是变量的逻辑地址在编译时就可以计算出来，为一个常量
中间代码优化
矩阵转置变换源代码片段
x = a[i, j];
a[i, j] = a[j, i];
a[j, i] = x;
  • a为一个二维数组，其定义为int a[10][20]
基于语法执导的翻译
  • 在中间代码中，数组元素a[i, j]的逻辑地址用a[k]表达，其中a表示数组第 1 1 1个元素的逻辑地址，即数组起始地址，k表示数组元素a[i, j]相对起始地址的偏移量，单位是字节，因此k = (20 * i + j) * WIDTH(int)，其中WIDTH(int)是一个常量值
t1 = 20 * i
t2 = t1 + j
t3 = t2 * WIDTH(int)
x = a[t3]
t1 = 20 * i
t2 = t1 + j
t3 = t2 * WIDTH(int)
t4 = 20 * j
t5 = t4 + i
t6 = t5 * WIDTH(int)
a[t3] = a[t6]
t1 = 20 * j
t2 = t1 + i
t3 = t2 * WIDTH(int)
a[t3] = x
  • 在基于语法制导的翻译中，第二个赋值语句的翻译与第一个赋值语句无关，于是对于数组元素a[i, j]，会出现计算其偏移量t3的中间代码
优化后的中间代码
t1 = 20 * i
t2 = t1 + j
t3 = t2 * WIDTH(int)
x = a[t3]
t4 = 20 * j
t5 = t4 + i
t6 = t5 * WIDTH(int)
a[t3] = a[t6]
a[t6] = x
编译器的结构特性
  • 将源程序编译成目标程序，在逻辑上包括 7 7 7个环节，即词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、中间代码优化、机器代码生成，以及机器代码优化
  • 前 5 5 5个环节构成编译器的前端，后 2 2 2个环节构成编译器的后端
  • 将编译划分成前端与后端之后，高级程序设计语言的设计者只须专注于高级程序语言的特性研究，以及高级语言到中间语言的翻译，并不需要去关心机器特性和机器语言，机器的设计者只须专注于机器特性研究，以及中间语言到机器语言的翻译，并不需要去关注高级程序语言特性

1.4|编译器构造方法学

词法分析器构造工具
  • 描述词法的语言，即正则语言
  • 确定性有穷自动机的构造方法，即如何通过算法穷举出所有的可能情形，得出所有可能情形的表达方式
  • 词法分析器构造工具的编程实现
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