編譯原理課件（龍書為教材編譯概述詞法分析語法分析中間代碼生成代碼優(yōu)化目標(biāo)代碼生成01編譯概述編譯過程概述編譯原理是將源代碼轉(zhuǎn)化為目標(biāo)代碼的過程，包括詞法分析、語法分析、語義分析、中間代碼生成、優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成等階段。編譯過程的重要性編譯過程是軟件開發(fā)中不可或缺的一環(huán)，它能夠提高代碼的執(zhí)行效率、提供更好的錯誤檢查和代碼優(yōu)化等功能。編譯過程的特點編譯過程具有靜態(tài)、一次性和全局性的特點，即編譯過程在程序運行前完成，并且只需要進行一次，同時對整個程序的源代碼進行編譯。編譯過程簡介語法分析器根據(jù)語言的語法規(guī)則將詞法分析器產(chǎn)生的單詞或符號組裝成抽象語法樹（AST）。中間代碼生成器將抽象語法樹轉(zhuǎn)化為中間代碼，通常是與平臺無關(guān)的代碼。目標(biāo)代碼生成器將中間代碼轉(zhuǎn)化為目標(biāo)平臺的機器碼。詞法分析器將源代碼分解成一個個的單詞或符號，便于后續(xù)的語法分析器進行處理。語義分析器對抽象語法樹進行語義檢查，如類型檢查、函數(shù)和變量的聲明等。優(yōu)化器對中間代碼進行優(yōu)化，提高程序的執(zhí)行效率。010203040506編譯器組成編譯器分類將源代碼轉(zhuǎn)化為字節(jié)碼或宏指令，然后通過解釋器一行一行地解釋執(zhí)行。編譯型編譯器將源代碼一次性轉(zhuǎn)化為目標(biāo)代碼，然后直接執(zhí)行目標(biāo)代碼?；旌闲途幾g器結(jié)合了解釋型和編譯型的特點，通常先將源代碼轉(zhuǎn)化為字節(jié)碼，然后在運行時通過即時編譯器將字節(jié)碼轉(zhuǎn)化為目標(biāo)代碼并執(zhí)行。解釋型編譯器02詞法分析詞法分析概述詞法分析是編譯過程的第一階段，負責(zé)將源代碼分解成一個個單獨的詞素或標(biāo)記。詞法分析器也稱為掃描器或詞法器，其任務(wù)是識別源代碼中的單詞、標(biāo)識符、操作符等，并為它們生成相應(yīng)的記號。詞法分析器通常采用正則表達式或有限自動機等技術(shù)實現(xiàn)。詞法分析過程包括從左到右掃描源代碼，識別出其中的各個單詞或標(biāo)記，并為它們生成相應(yīng)的記號。詞法分析過程通常與語法分析過程緊密相關(guān)，為語法分析器提供輸入。在掃描過程中，詞法分析器需要處理源代碼中的各種轉(zhuǎn)義字符、注釋、字符串字面量等細節(jié)，以確保正確地識別各個單詞或標(biāo)記。詞法分析過程生成詞法分析器通常需要編寫相應(yīng)的詞法分析器生成器，也稱為詞法器生成器。常見的詞法分析器生成工具有Lex、Flex等，它們可以根據(jù)用戶提供的正則表達式自動生成相應(yīng)的詞法分析器。生成詞法分析器的目的是為了簡化編譯器的實現(xiàn)過程，提高編譯器的可維護性和可重用性。010203詞法分析器生成03語法分析語法分析是編譯過程的核心環(huán)節(jié)，負責(zé)對源代碼進行詞法和語法的分析，將其轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的機器代碼或中間代碼。語法分析的目的是識別出源代碼中的各個語句以及它們之間的關(guān)系，從而構(gòu)建一棵語法樹。語法分析是編譯器設(shè)計中最為復(fù)雜和關(guān)鍵的部分之一，其正確性和效率直接影響到編譯器的質(zhì)量。語法分析概述它通常采用預(yù)測分析法或移位歸約法等算法，通過不斷移進和歸約的操作，逐步識別出源代碼中的各個語句。自頂向下的語法分析算法相對簡單，易于實現(xiàn)，但可能存在處理能力較弱和效率較低的問題。自頂向下的語法分析是從文法的開始符號出發(fā)，逐步推導(dǎo)得到目標(biāo)符號的過程。自頂向下的語法分析自底向上的語法分析030201自底向上的語法分析是從文法的目標(biāo)符號出發(fā)，逐步歸約得到開始符號的過程。它通常采用LR(K)分析法或LL(K)分析法等算法，通過不斷歸約和移進的操作，逐步識別出源代碼中的各個語句。自底向上的語法分析算法處理能力強、效率高，但實現(xiàn)相對復(fù)雜，需要更多的計算資源和時間。04中間代碼生成中間代碼定義中間代碼是源代碼和目標(biāo)代碼之間的代碼形式，用于表示源程序的結(jié)構(gòu)和語義。中間代碼作用中間代碼作為源代碼和目標(biāo)代碼之間的橋梁，有助于優(yōu)化和轉(zhuǎn)換源程序，使其更接近于機器語言。中間代碼類型常見的中間代碼形式包括三地址代碼、抽象語法樹等。中間代碼概述三地址代碼特點三地址代碼具有高度緊湊、易于分析和轉(zhuǎn)換的特點，有助于編譯器進行優(yōu)化和生成目標(biāo)代碼。三地址代碼示例如`t1=a+b`、`t2=c-d`、`e=t1*t2`等。三地址代碼定義三地址代碼是一種中間代碼形式，它由一系列的三元組操作數(shù)和操作符組成，用于表示源程序中的控制流程和數(shù)據(jù)流。三地址代碼抽象語法樹定義抽象語法樹作用抽象語法樹示例抽象語法樹抽象語法樹是一種樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于表示源程序的語法結(jié)構(gòu)。每個節(jié)點表示源程序中的一個語法成分，如變量、操作符、函數(shù)等。抽象語法樹有助于編譯器分析和轉(zhuǎn)換源程序，便于進行語義分析和優(yōu)化。如`(a+b)*c`可以表示為`*(+ab)c`的抽象語法樹結(jié)構(gòu)。05代碼優(yōu)化代碼優(yōu)化是指在編譯器中，通過一系列的轉(zhuǎn)換和改進，將源代碼轉(zhuǎn)換成更高效、更快速的機器代碼的過程。代碼優(yōu)化定義提高程序運行速度、減小程序體積、提高程序可讀性和可維護性。代碼優(yōu)化目標(biāo)按照優(yōu)化范圍，可以分為局部優(yōu)化和全局優(yōu)化。代碼優(yōu)化分類010203代碼優(yōu)化概述變量名優(yōu)化將常量值替換為直接值，避免在程序中重復(fù)計算。常量優(yōu)化控制流優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化01020403選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，避免不必要的數(shù)據(jù)拷貝和內(nèi)存分配。使用有意義的變量名，避免使用無意義的字母或數(shù)字。通過減少冗余的判斷和循環(huán)次數(shù)，提高程序執(zhí)行效率。局部優(yōu)化循環(huán)展開將循環(huán)體中的計算結(jié)果預(yù)先計算出來，避免在循環(huán)中重復(fù)計算。公共子表達式消除消除重復(fù)的計算，避免不必要的計算開銷。死代碼消除刪除程序中永遠不會被執(zhí)行的代碼。函數(shù)內(nèi)聯(lián)將小的、被頻繁調(diào)用的函數(shù)直接嵌入到調(diào)用點，避免函數(shù)調(diào)用的開銷。全局優(yōu)化06目標(biāo)代碼生成目標(biāo)代碼生成概述01目標(biāo)代碼生成是編譯過程的核心環(huán)節(jié)，是將源代碼轉(zhuǎn)換成機器代碼或低級代碼的過程。02目標(biāo)代碼必須符合特定的機器指令集體系結(jié)構(gòu)，并且能夠被計算機硬件執(zhí)行。目標(biāo)代碼生成需要考慮代碼優(yōu)化、指令選擇、寄存器分配等因素，以提高執(zhí)行效率。03存儲器分配01存儲器分配是目標(biāo)代碼生成中的重要步驟，它負責(zé)為源代碼中的變量和數(shù)據(jù)分配內(nèi)存空間。02存儲器分配需要考慮變量的生命周期、作用域、類型等因素，以確保正確地訪問和更新數(shù)據(jù)。03常見的存儲器分配策略包括靜態(tài)分配、棧式分配和動態(tài)分配等。代碼生成算法是將源代碼轉(zhuǎn)換成