NJU-CourseNote: Principles and Techniques of Compilers - Ch01 Introduction.
课程信息
NJU许畅老师(主页)开设的编译原理课程(Principles and Techniques of Compilers).
Additonal:
NJU谭添老师(主页)开设的同名课程.
参考教材:
《编译原理》(龙书),《编译方法、技术与实践》/《编译原理实践与指导教程》
课程内容
实验内容
因为笔者自身能力有限, 故而不卖弄浅薄的理解, 本课程暂无设置实验记录的想法.
Tips: 在将来可能会公开一份参考实现, 但实现本身并不优秀且得分并不理想
引论
编译器(Compiler) & 解释器(Interpreter)
- 编译器
- 读入以某种语言(源语言) 编写的程序
- 输出等价的用另一种语言(目标语言) 编写的程序
- 通常目标程序是可执行的
- 解释器
- 直接利用用户提供的输入，执行源程序中指定的操作
- 不生成目标程序，而是根据源程序的语义直接运行
- Java语言的处理结合了编译和解释
编译器的结构
编译器可以分为分析和综合两部分.
- 分析(Analysis)/前端(front end)
- 把源程序分解成组成要素，以及相应的语法结构
- 使用这个结构创建源程序的中间表示
- 同时收集和源程序相关的信息，存放到符号表
- 综合(Synthesis)/后端(back end)
- 根据中间表示和符号表信息构造目标程序
其中前端部分是机器无关的，后端部分是机器相关的
编译器执行步骤(phase)
词法分析
- 词法分析/扫描(lexical analysis/scanning)
- 读入源程序的字符流，输出为有意义的词素(lexeme)
- 格式:
<token-name, attribute-value> - token-name由语法分析步骤使用
- attribute-value指向相应的符号表条目，由语义分析/代码生成步骤使用
Example:
语法分析
- 语法分析/解析(syntax analysis/parsing)
- 根据各个词法单元的第一个分量来创建树型的中间表示形式，通常是语法树(syntax tree)
- 中间表示形式指出了词法单元流的语法结构
语义分析
- 语义分析(semantic analysis)
- 使用语法树和符号表中的信息，检查源程序是否满足语言定义的语义约束
- 同时收集类型信息，用于代码生成、类型检查、类型转换
中间代码生成
根据语义分析输出，生成类机器语言的中间表示
- 三地址代码(three-address code)
- 每个指令最多包含三个运算分量
- Example:
t1 = inttofloat(60); t2 = id3 * t1; t3 = id2 + t2; - 很容易生成机器语言指令
中间代码优化
通过对中间代码的分析，改进中间代码的质量(更快、更短、能耗更低)
代码生成
把中间表示形式映射到目标语言(寄存器分配与指令选择)
语言与编译器的关系
- 程序设计语言的新发展向编译器设计者提出新的要求
- 设计相应的算法和表示方法来翻译和支持新的语言特征，如多态、动态绑定、类、类属(模板) 、…
- 通过降低高级语言的执行开销，推动这些高级语言的使用
- 编译器设计者还需要更好地利用新硬件的能力
- RISC技术、多核技术、大规模并行技术
程序设计语言的基础概念
动态&静态
- 静态: 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
作用域
x的作用域指程序文本的一个区域，其中对x的使用都指向这个声明
- 静态作用域(static scope): 通过静态阅读程序可决定
- 动态作用域(dynamic scope): 运行时确定x的指向
环境&状态
- 环境(environment): 是从名字到存储位置的映射
- 状态(state): 从存储位置到它们值的映射
