【編譯原理】編譯原理簡(jiǎn)單介紹
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原創(chuàng) 2017年05月07日 13:27:20
編譯原理簡(jiǎn)單介紹 什么叫編譯程序 翻譯程序
翻譯程序（Translator）是一種程序，其輸入是某種語(yǔ)言的一系列語(yǔ)句，而其輸出則是另一種語(yǔ)言的一系列語(yǔ)句，二者在邏輯上是等價(jià)的。就類似生活中的翻譯官一樣，把英語(yǔ)翻譯成漢語(yǔ)，二者在意思上也是等價(jià)的。
編譯程序（Compiler）是一種程序。它把用高級(jí)語(yǔ)言寫(xiě)的源程序作為數(shù)據(jù)接收，經(jīng)過(guò)翻譯轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生面向機(jī)器的代碼作為輸出。
這當(dāng)中代碼還可能要由匯編程序或裝配程序作進(jìn)一步加工，得出目標(biāo)程序，交給計(jì)算機(jī)執(zhí)行。
編譯程序的工作過(guò)程一般可以分為5個(gè)階段：
1. 詞法分析
2. 語(yǔ)法分析
3. 語(yǔ)義分析和中間代碼的產(chǎn)生
4. 優(yōu)化
5. 目標(biāo)代碼生成
詞法分析的任務(wù)是：輸入源程序，對(duì)構(gòu)成源程序的字符串進(jìn)行掃描和分解，識(shí)別出一個(gè)個(gè)單詞（定義符、標(biāo)識(shí)符、運(yùn)算符、界符、常數(shù)）。
在詞法分析階段的工作中所依循的是語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則（或稱構(gòu)詞規(guī)則）。
描述語(yǔ)法規(guī)則的有效工具是正規(guī)式和有限自動(dòng)機(jī)。
語(yǔ)法分析的任務(wù)是：在詞法分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則，把單詞符號(hào)串分解成各類語(yǔ)法單元（語(yǔ)法范疇）（短語(yǔ)、子句、句子、程序段、程序），并確定整個(gè)輸入串是否構(gòu)成語(yǔ)法上正確的程序。
語(yǔ)法分析所依循的是語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則。
語(yǔ)法規(guī)則通常用上下文無(wú)關(guān)文法描述。
詞法分析是一種線性分析，而語(yǔ)法分析是一種層次結(jié)構(gòu)分析。
這一階段的任務(wù)是：對(duì)語(yǔ)法分析所識(shí)別出的各類語(yǔ)法范疇，分析其含義，并進(jìn)行初步翻譯（產(chǎn)生中間代碼）。這一階段通常包含兩個(gè)方面的工作。
1. 對(duì)每種語(yǔ)法范疇進(jìn)行靜態(tài)語(yǔ)義的檢查，例如，變量是否定義、類型是否正確等等。
2. 如果語(yǔ)義正確則進(jìn)行中間代碼的翻譯。
這一階段所依循的是語(yǔ)言的語(yǔ)義規(guī)則，通常使用屬性文法描述語(yǔ)義規(guī)則。
優(yōu)化對(duì)于代碼（主要是中間代碼）進(jìn)行加工變換，以期能夠產(chǎn)生更為高效（省時(shí)間和空間）的目標(biāo)代碼 。
優(yōu)化的主要方面有：公共子表達(dá)式的提取、循環(huán)優(yōu)化、刪除無(wú)用代碼等等。
優(yōu)化所依循的是程序的等價(jià)變換規(guī)則。
目標(biāo)代碼生成這一階段的任務(wù)是：把中間代碼（經(jīng)過(guò)優(yōu)化處理之后的）變換成特定機(jī)器上的低級(jí)語(yǔ)言代碼（絕對(duì)指令、可重定位指令、匯編指令
）。
編譯程序在工作過(guò)程中需要保持一系列的表格，以登記源程序的各類信息和編譯各階段的進(jìn)展?fàn)顩r。
最重要的是符號(hào)表，用來(lái)等級(jí)源程序中出現(xiàn)的每個(gè)名字以及名字的各種屬性。例如，一個(gè)名字是常量名還是變量名，還是過(guò)程名；如果是變量名，類型是什么，占多大內(nèi)存，地址是多少等等。
編譯各階段均須維持表格并進(jìn)行表格管理，建表的技術(shù)支持是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，表格的分類、結(jié)構(gòu)、處理方法決定于語(yǔ)言及機(jī)器，還有優(yōu)化措施。
出錯(cuò)處理如果源程序有錯(cuò)誤，編譯程序應(yīng)設(shè)法發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，并把有關(guān)錯(cuò)誤的信息報(bào)告給用戶。一個(gè)好的編譯程序：
1. 全
最大限度發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤
2. 準(zhǔn)
準(zhǔn)確指出錯(cuò)誤的性質(zhì)和發(fā)生地點(diǎn)
3. 局部化
將錯(cuò)誤的影響限制在盡可能小的范圍內(nèi)
4. 自動(dòng)校正
若能自動(dòng)校正錯(cuò)誤則更好，但其代價(jià)非常高
源程序中的錯(cuò)誤一般分為語(yǔ)法錯(cuò)誤和語(yǔ)義錯(cuò)誤。
1. 語(yǔ)法錯(cuò)誤
指源程序中不符合不符合語(yǔ)法（或詞法）規(guī)則的錯(cuò)誤，例如：?jiǎn)卧~拼寫(xiě)錯(cuò)誤、括號(hào)不匹配等等。
2. 語(yǔ)義錯(cuò)誤
指源程序中不符合語(yǔ)義規(guī)則的錯(cuò)誤，例如：說(shuō)明錯(cuò)誤、作用域錯(cuò)誤、類型不匹配等等。
一般在語(yǔ)義分析時(shí)檢出來(lái)，有的語(yǔ)義錯(cuò)誤要在運(yùn)行時(shí)才能檢測(cè)出來(lái)。
遍 是對(duì)源程序或源程序的中間結(jié)果從頭到尾掃描一次，并作有關(guān)的加工處理，生成新的中間結(jié)果或目標(biāo)程序。遍數(shù)多了，整個(gè)編譯程序的邏輯結(jié)構(gòu)就比較清晰，但是會(huì)增加輸入和輸出所消耗的時(shí)間。因此，在主存可能的前提下，一般還是遍數(shù)少的好。
分遍的依據(jù)：
1. 源程序的結(jié)構(gòu)
2. 選用機(jī)型的內(nèi)存大小
3. 設(shè)計(jì)目標(biāo)的技術(shù)指標(biāo)
4. 參加編譯程序人員的數(shù)量、素質(zhì)
好的編譯程序的指標(biāo)：
1. 符合語(yǔ)法規(guī)則的程序都可執(zhí)行。
2. 任何非法的錯(cuò)誤都有可能識(shí)別，并盡量少的產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。
3. 錯(cuò)誤不至于導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。
4. 可維護(hù)和可讀性。
5. 模塊化和結(jié)構(gòu)化。
概念上我們有時(shí)候把編譯程序分成編譯前端和編譯后端。
編譯前端前端主要由源語(yǔ)言有關(guān)但與目標(biāo)機(jī)無(wú)關(guān)的那些部分組成，通常包括詞法分析、語(yǔ)法分析、語(yǔ)義分析與中間代碼的產(chǎn)生，有的代碼優(yōu)化工作也可以包括在前端。
編譯后端后端包括編譯程序中與目標(biāo)機(jī)有關(guān)的那些部分，如與目標(biāo)機(jī)有關(guān)的代碼優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成等。
通常后端不依賴源語(yǔ)言而僅僅依賴于中間語(yǔ)言。
以前人們構(gòu)造編譯程序大多數(shù)采用的是機(jī)器語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言，現(xiàn)在只有為了充分發(fā)揮各種不同硬件系統(tǒng)的效率，為了滿足各種不同的具體要求，才會(huì)采用這種工具來(lái)構(gòu)造編譯程序（或編譯程序的“核心”部分）�，F(xiàn)在越來(lái)越多采用高級(jí)語(yǔ)言來(lái)構(gòu)造編譯程序。
T型圖為了便于說(shuō)明，我們常采用T型圖來(lái)表示源語(yǔ)言S、目標(biāo)語(yǔ)言T、和比編譯程序?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)言I之間的關(guān)系。
每個(gè)T型圖相當(dāng)于一個(gè)編譯程序。
如果A機(jī)器上有一個(gè)使用A機(jī)器代碼實(shí)現(xiàn)的某高級(jí)語(yǔ)言L1的編譯程序（黃色），則我們可以使用L1語(yǔ)言編寫(xiě)另外一種高級(jí)語(yǔ)言L2的編譯程序（橙色）。把寫(xiě)好的L2編譯程序經(jīng)過(guò)L1編譯程序編譯后就可以得到A機(jī)器碼實(shí)習(xí)的L2編譯程序（綠色）。
通過(guò)上面用高級(jí)語(yǔ)言L1構(gòu)造編譯程序的原理，我們可以實(shí)現(xiàn)編譯程序的“移植”。首先我們有一個(gè)可以在A機(jī)器上編譯的高級(jí)語(yǔ)言L，
接下來(lái)我們使用L去寫(xiě)一個(gè)能夠在B機(jī)器上運(yùn)行的編譯程序，
然后通過(guò)L的編譯程序就可以生成在A機(jī)器上可以運(yùn)行的產(chǎn)生B機(jī)器代碼的編譯程序（3）。
使用這個(gè)編譯程序（3）去編譯一遍（2）就可以得到能在B機(jī)器上運(yùn)行的B機(jī)器代碼的編譯程序（4）.
先對(duì)語(yǔ)言的核心部分構(gòu)造一個(gè)小小的編譯程序（可用低級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)），再以它為工具構(gòu)造能編譯更多語(yǔ)言成分的較大編譯程序，如此不斷擴(kuò)展，最后形成整個(gè)編譯程序（滾雪球），，這種通過(guò)一系列自展途徑而形成的編譯程序的過(guò)程叫做自編譯過(guò)程。
構(gòu)造工具現(xiàn)在人們已經(jīng)建立了多種編制部分編譯程序或者整個(gè)編譯程序的有效工具。構(gòu)造編譯程序的工具稱為編譯程序-編譯程序、編譯程序產(chǎn)生器或翻譯程序書(shū)寫(xiě)系統(tǒng)。
例如：
自動(dòng)產(chǎn)生掃描器：LEX FLEX
自動(dòng)產(chǎn)生語(yǔ)法分析器：YACC BISON
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