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2015/9/6 《编译原理与技术》讲义 1

编译原理与技术


第一章引论

什么是编译程序？

翻译程序、解释程序和汇编程序

编译程序的组成结构

编译程序的生成

相关话题


语言翻译过程

算法描述，求某整数n的阶乘fact(n), n≥01 // n == 0

fact(n) = n * fact( n-1 ) // n! == n * (n-1)!

伪语言描述

fact(n) = if n ≤ 0 then 1 else n*fact(n-1)


语言翻译过程

高级程序设计语言描述，（如C语言）

int fact( int n ){

if (n<= 0) return 1;else return ( n*fact(n-1));

}


语言翻译过程

输入命令 cc foo.cc 程序 foo.c

Ansi C compiler cc

Object file

Linker/连接程序

a.out/可执行程序

库函数或其它object文件


语言翻译过程

a.out/可执行程序

loader/装入程序

计算机输入数据计算结果


语言翻译过程

为何不设计直接运行高级语言的机器？

机器本身的指令系统（二进制）

语言本身扩展



源程序 S

（高级语言）

编译程序 C 目标程序 T

（机器语言）

初始数据

目标程序 T

运行系统

计算机

计算结果



源语言（程序）到目标语言（程序）的映射转换或者翻译过程

系列转换（翻译）过程

源语言S T1 … Tn 目标语言T

中间语言

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解释程序与汇编程序

均属于翻译程序

源程序 S

初始数据Interpreter/解释程序计算结果

汇编程序 S’

汇编语言assembler/汇编程序目标程序 T

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C函数fact的汇编语言形式.file "foo.c"

.text.globl fact

.type fact,@functionfact:

pushl%ebpmovl %esp, %ebpsubl $4, %espcmpl $0, 8(%ebp)jg .L2movl $1, -4(%ebp)jmp .L1

.L2:subl $12, %espmovl 8(%ebp), %eaxdecl %eax

pushl %eaxcall factaddl $16, %espimull 8(%ebp), %eaxmovl %eax, -4(%ebp)

.L1:movl -4(%ebp), %eaxleaveret

.Lfe1:.size fact,.Lfe1-fact.ident "GCC: (GNU) 3.2.2

20030222 (Red Hat Linux 3.2.2-5)"

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词法分析阶段

语法分析阶段

语义分析、中间代码生成

优化阶段

目标代码生成

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semantics

parser

scanner

optimizer

code generator

program

前端front end

与源语言有关

middle end后端back end

与目标机相关

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例子，hoo.c：main(){

float position, initial, rate;

position = initial + rate * 60;

}

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词法分析阶段－scanner字符流－> 记号流

position = initial + rate * 60 字符流

scanner

id1 = id2 + id3 * 60 记号流

标识符赋值运算符标识符加运算符标识符乘运算符整型常量

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语法分析阶段－parser记号流－> 分析树（语法树）

id1 = id2 + id3 * 60 记号流

parser

=id1

id2+

*id3 60

语法树

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语义分析

语义树－带有语义信息的分析树（语法树）

id1id2

+*

id3

60

=

int float

进行类型转换

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中间代码生成

形式多样－三地址码，p-code等t1 := int_to_float( 60 )t2 := id3 * t1t3 := id2 + t2id1 := t3

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代码优化

得到“优化”后的中间代码；也可以在最后的代码生成阶段实施“优化”

t1 := rate * 60.0 // 直接用浮点数60.0position := initial + t1 // 去除多余的

// 临时变量

较优化前，减少2条中间代码

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代码生成

与目标机器有密切联系，如指令选择，寄存器的使用等。

movf rate, R1mulf #60.0, R1movf initial, R2addf R2, R1movf R1, position

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符号表管理

名称类型 …position float

initial floatrate float… …

编译程序中使用的符号表

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出错处理

程序错误分类

出错处理的目标与方法

1) if ( n <= 0 return 1; // missing “)”

2) if ( n <= 0 ) return 1 // missing “;”else return ( n * fact(n-1) );

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semantics

parser

scanner

optimizer

code generator

符号表管理

出错处理

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编译程序生成

手工编写

耗时，“效率”问题。

自动生成

各个阶段基本上有相应的自动生成工具，如

lex、yacc。自展（bootstrapping)

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编译程序生成

编译程序的自展/自编译

T型图

S T

I源语言S

目标语言T

编译程序的实现语言I

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编译程序生成


我们的目标是在机器A（目标语言）上，用语言A（实现语言）构造高级语言L（源语言）的编译程序。

L A

A

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编译程序生成


Step1:我们可以考虑源语言L的子集语言S, S ⊆L。在机器A（目标语言）上，用语言A（实现语言）构造语言S的编译程序。

S A

A

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编译程序生成


Step2:在机器A（目标语言）上，用语言S（实现语言）构造语言L的编译程序。

L A

S

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编译程序生成


Step3:

L A

S S A

A

L A

A

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编译程序生成

编译程序的移植/交叉编译

考虑将A机器上语言L的编译实现移植到机器B上，即我们的目标是：

L B

B

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编译程序生成


我们已有的编译程序是：

L A

A

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编译程序生成


Step1:L B

L L A

A

L B

A

用语言L编写的语言L到语言B的编译程

序

借助已有的A机器上语言L的编译程序

得到机器A上（实现语言）语言L到语言B的

编译程序

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编译程序生成


Step2:

L B

L L B

A

L B

B

用语言L编写的语言L到语言B的编译程

序

新的A机器上语言L到语言B的编译程序

得到机器B上（实现语言）语言L到语言B的

编译程序

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编译程序相关的软件

预处理程序－preprocessor宏替换－macro包含文件展开－include files

汇编程序－assembler两趟扫描

解释程序－interpreter 连接程序－linker 装入程序－loader

重定位

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编译程序相关的软件

调试程序－debugger cc 编译器中 –g 选项；与-O的关系

描述程序－profiler性能分析

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