编译原理 | 一、 引论

1. 编译器的作用:

  • 读入源语言编写的程序,输出目标语言编写的程序。
  • 源程序 ---> (编译器) ---> 目标程序
  • 区别于编译器,解释器的特点:不生成目标程序,根据源程序的语义直接运行。

2. 编译器的结构:

  • 编译器 = 分析部分(前端) + 综合部分(后端)
    • 分析部分(前端)
      • 把源程序分解成组成要素、相应的语法结构
      • 使用该结构创建源程序的中间表示
      • 收集和源程序相关的信息,存放到符号表
    • 综合部分(后端)
      • 根据中间表示和符号表信息构造目标程序
  • 编译器顺序执行的一组步骤:
    字符流  -> (词法分析器) ----------> 符号流 
          ---> (语法分析) ------------> 语法树 
          ---> (语义分析) ------------> 语法树 
          ---> (中间代码生成器) -------> 中间表示形式 
          ---> (机器无关代码优化器) ---> 中间表示形式 
          ---> (代码生成器) ----------> 目标机器语言 
          ---> (机器相关代码优化器) ---> 目标机器语言
    

(1) 词法分析:

  • 读入源程序的字符流,输出词素 <token-name, attribute-value>
  • token-name用于语法分析
  • attribute-value指向相应的符号表条目,用于语义分析/代码生成
  • 例:
    position = initial + rate * 60
    <id,1>  <=, >  <id, 2>   <+, >   <id,3>  <*, >  <number, 4>
    

(2) 语法分析:

  • 根据各个词法单元的第一个分量来创建树形的中间表示形式(语法树)。
  • 中间表示形式指出了词法单元流的语法结构。

(3) 语义分析:

  • 利用语法树和符号表,检查源程序是否满足语言的语义约束。
  • 收集类型信息,用于代码生成、类型检查、类型转换。

(4) 中间代码生成:

  • 生成类机器语言的中间表示
  • 三地址代码:
    • 每个指令最多包含三个运算分量,易于生成机器语言指令

(5) 代码优化:

  • 改进中间代码的质量

(6) 代码生成:

  • 把中间表示形式映射到机器语言
    • 寄存器分配、指令选择、内存分配

3. 相关概念:

  • 静态/动态语言:
    • 静态:语言策略支持编译器静态决定某个问题
    • 动态:只允许在程序运行时刻作出决定
  • 环境 && 状态:
    • 环境:从名字到存储位置的映射
    • 状态:从内存位置到它们的值的映射
  • C族语言使用静态作用域。
  • 参数传递机制:
    • 值调用:对实在参数求值/拷贝,再存放到被调用过程的形参的内存位置上。
    • 引用调用:实际传递的是实在参数的地址。
  • 别名:两个指针指向同一个位置,看起来不同的形式参数实际上是对方的别名。
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