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指导教师 : 杨建国

编 译 原 理. 指导教师 : 杨建国. 二零一零年三月. 第一章 引论. 第一节 程序设计语言. 第二节 编译程序. 第三节 源程序执行的途径. 第四节 编译程序的结构. 第五节 编译程序的开发. 代码优化. 目标代码生成. 知识结构. 第一章 引论. 1.1 程序设计语言. 一 . 机器语言. 一般来说，计算机可以直接执行的代码形式的指令系统 　称为 机器语言. 例如，在国产 DJS——21 计算机中，取、除、减、送的 　指令代码分别为： 002 ， 00E ， 009 ， 004.

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  1. 编 译 原 理 指导教师:杨建国 二零一零年三月

  2. 第一章 引论 • 第一节 程序设计语言 • 第二节 编译程序 • 第三节 源程序执行的途径 • 第四节 编译程序的结构 • 第五节 编译程序的开发

  3. 代码优化 目标代码生成 知识结构

  4. 第一章 引论 • 1.1 程序设计语言 一.机器语言 • 一般来说，计算机可以直接执行的代码形式的指令系统 　称为机器语言

  5. 例如，在国产DJS——21计算机中，取、除、减、送的例如，在国产DJS——21计算机中，取、除、减、送的 　指令代码分别为：002，00E，009，004 • 假定a、b、c、x四个单元的地址码分别为：0123，1234， 2103，0576，那么要计算 x：= a / b – c • 其机器语言程序为： • 002 0123 • 00E 1234 • 009 2103 • 004 0576

  6. 二.汇编语言 • 汇编语言就是计算机符号形式的指令系统 • 如对应于取、除、减、送采用下列符号：CLA，DIV， SUB，STO • 那么上述程序的汇编语言程序： • CLA a • DIV b • SUB c • STO x

  7. 三.高级语言 • 常用的高级语言：BASIC、FORTRAN、ALGOL、 • PASCAL、COBOL、C 等 • 上例用 BASIC 语言写为赋值语句为： x = a / b - c • 用 PASCAL 语言写为赋值语句为： x:=a / b - c

  8. 又如求半径为 r 的圆面积和周长的问题，用PASCAL语言 　编写的程序是： Program scr ( input , output ) ; const pi = 3.1416 ; var s, c, r : real ; begin read ( r ) ; s : = pi * sqr ( r ) ; c : = 2 * pi * r ; write ( r, s, c) End.

  9. 四.G语言 • LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering） • 一种图形化的编程语言，广泛地被工业界、学术界和研究 　实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件 • LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协 　议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能 • 它内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数 • 利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面 　使得编程及使用过程都生动有趣

  10. （翻译） （B语言） （A语言） 源程序 翻译程序 目标程序 汇编语言 汇编程序 机器语言 编译程序 高级语言 汇编（机器）语言 源程序 解释程序 无 • 1.2 编译程序 • 计算机实现程序设计语言的方法 • 第一种方法：对程序进行翻译 • 第二种方法：对程序进行解释

  11. 1.3 源程序执行的途径 一.编译途径 1.定义：将一份源程序从头至尾翻译成某台计算机上的机 　　　　器语言，让机器接受，然后执行之，并允许重 　　　　复执行若干次

  12. 源程序 源程序 目标程序 编译程序 编译程序 汇编语言程序 汇编程序 运行结果 目标代码 初始数据 运行程序 初始数据 运行程序 运行结果 3.三大阶段： 2.两大阶段： 编译 阶段 编 译 阶 段 汇编 阶段 运 行 阶 段 运行 阶段

  13. 初始数据 源程序 解释程序 结 果 二.解释途径 1.定义：就是对于源程序的一个语句，把它翻译成相应的 　机器语言, 并让计算机立即执行 2.解释执行阶段：

  14. 3.两种方式： • 直接解释执行 • 把源程序先转换成以词为单位的中间代码程序，然后对 中间代码程序逐句解释执行

  15. 1. 4 编译程序的结构 一.编译程序的组成 1.单词和属性字： • 单词是指语言中具有独立意义的最小语法单位 • 单词的属性是指单词特征和特性的有关信息 • 属性字是指单词的一种机内表示 • 属性字的特点：一是长度统一，二是刻划了单词的属性 • 属性字的组成：

  16. 信 息 表 管 理 程 序 源 程 序 词法 分析 程序 语法 分析 程序 语义 分析 程序 中间 代码 生成 代码 优化 程序 目标 代码 生成 目标代码 错 误 检 查 和 处 理 程 序 2.编译程序的组成：

  17. 词法分析： 主要任务：从左到右扫描源程序，识别单词及其有关属性 ， 并转换成属性字 例如：对于 PASCAL 语言中的赋值语句 x : = 2 * a + b

  18. 语法分析： 主要任务：分析源程序的结构, 判别它是否为相应程序设计 　　　　　语言中的一个合法程序

  19. 语义分析： 主要任务：根据语法结构分析其含义，并用某中间语言 　　　　　表示出来,亦就生成中间代码，或者直接生 　　　　　成目标代码 三元式定义为如下形式：（op, a1, a2) 对于表达式：a + b * c / d 则有三元式： （1) ( *, b, c) (2) (/, (1), d) (3) (+, a , (2) ) 于是 x : = 2 * a + b 的中间代码形式为： （1) ( *, 2, a) (2) (+, (1), b) (3) (:=, (2), x)

  20. 中间代码生成： • 主要任务：产生源程序的一个显示中间表示 • 使用中间语言的好处：使编译算法更加清晰，便于优 　化，还使编译程序的更多部分不依赖于目标机器 • 常见的中间代码形式: 逆波兰表示、三元式、四元式及 　树形结构等等

  21. 代码优化： 主要任务：为了提高目标程序的质量而进行的工作。所 谓目标程序的优化，就是尽量缩短运行时间和尽量最少 占用存储空间

  22. 代码生成： 主要任务：完成从中间代码到目标代码的生成工作。如 果在语义分析时已直接生成了目标代码，则无需做此项 工作

  23. 错误检查和处理程序： 主要任务：查错和纠错

  24. 信息表管理程序： • 主要任务：建立一批不同用途的表格 + 保持一些专用的表格 • 一般信息表的登记项由关键字和与之相关联的信息组成

  25. 3.编译程序的简单模型 例如求半径为 r 的圆面积和周长的问题， 用PASCAL语言编写的程序是： Program scr ( input , output ) ; { 程序首部 } var s, c, r : real ; { 说明 r, s, c 是实型变量 } begin s : = pi * sqr ( r ) ; { 计算圆的面积 s } c : = 2 * pi * r ; { 计算圆的周长 c } End. { 程序结束 }

  26. (1) 词法分析： Programscr(input,output); vars, c,r:real; begins: =3.14*sqr(r); c: =2*3.14*r; End.

  27. : = 2 * c 3.14 * r < 变量 > < 常量 > < 乘除号 > < 常量 > < 乘除号 > < 变量 > < 因子 > < 因子 > < 因子 > < 项 > < 项 > < 项 > < 表达式 > < 赋值语句 > (2) 语法分析：

  28. （3） 语义分析： （1）( *, 3.14, r ) （2）(*, (1), r) （3）(:=, (2), s) （4）(*, 2, 3.14) （5）(*, (4) , r ) （6）(:=, (5) , c) （4） 代码优化： （1）( *, 3.14, r ) （2）(*, (1), r) （3）(:=, (2), s) （4）(*, 6.28, r) （5）(:=, (4) , c ) • 思考：还可以怎么优化？ • 答案：3.14*r

  29. （5） 目标代码生成： （1）( *, 3.14, r ) （2）(*, (1), r) （3）(:=, (2), s) （4）(*, 2, (1) ) （5）(:=, (4) , c)

  30. 词法分析 分 析 错 误 处 理 语法分析 语义分析 综 合 优 化 代码生成 目标程序 二.编译程序的逻辑结构 1.编译程序的逻辑结构 源程序 表 格 管 理

  31. 2.编译程序的趟： 　　所谓一趟是指一个编译程序在编译时刻把源程序或与之 等价的中间程序从头到尾扫描一遍，并转换成为紧密相邻的 等价程序的全过程

  32. 语法分析 目标程序 词法分析 语义分析 • 单趟扫描： 源程序 • 优点：编译速度快、效率高、编译程序总长度短 • 缺点：编译程序复杂、占用存贮空间大

  33. 单遍扫描的编译程序

  34. 源 程序 等价程序1 词法分析 语法分析 等价程序2 语义分析 等价程序3 优 化 等价程序4 目标程序 代码生成 • 多趟扫描： • 优点：各趟所要完成的功能明确而单纯、编译程序较容 　　　　易且便于分工、存贮空间节省 • 缺点：编译程序的总长度长、各趟的工作有些要重复进行、 　　　　效率较低

  35. 1. 5 编译程序的开发 一.编译程序的开发过程 1.认真分析、合理分工 2.算法设计、方案确定 3.语言选择、编制程序 4.调试程序、确保质量 5.资料整理、文本形成

  36. 二.编译程序的开发技术 1.系统程序设计语言（系统编程语言）： 能编写编译程序或其它系统软件的高级语言

  37. 2.编译程序的开发技术： • 自编译：用某一高级语言书写其本身的编译程序 • 交叉编译：A机器上的编译程序能产生B机器上的目标 　代码

  38. 自展：首先确定一个非常简单的核心语言L0，用机器语自展：首先确定一个非常简单的核心语言L0，用机器语 　言或汇编语言书写出它的编译程序T0，再把语言L0扩充 　到L1，此时L0 L1并用L0编写L1的编译程序T1，再把 　语言L1扩充为L2，有L1 L2并用L1编写L2的编译程序 T2，，如此逐步扩展下去，好似滚雪球一样，直到 　我们所要求的编译程序 • 移植：将 A 机器上的某高级语言的编译程序搬到 B 机 　器上运行

  39. 编译程序 自动生成软件 编译程序 3.编译程序的自动生成问题: 源语言的定义 机器语言的描述 • 如UNIX操作系统下的软件工具Lex和Yacc等 • 编译程序生成软件工具还有LLama和Occs • 形式语言学和编译技术的发展已能实现编译程序的自动生 　成，但是目前的主要问题是时间效率和空间节省问题

  40. 第1章　作业题 P11： 1. 2. 3. 4.

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