第一章 编译引论.ppt

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1、编译原理及实现技术计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 张 红http:/Compilers Principles课课 程程 简简 介介n 课程内容课程内容1介绍编译器构造的基本原理、基本实现方介绍编译器构造的基本原理、基本实现方法和基本编译技术法和基本编译技术;1介绍形式语言和自动机理论等理论知识：介绍形式语言和自动机理论等理论知识：1强调形式化描述技术强调形式化描述技术;1强调对编译原理和技术的宏观理解。强调对编译原理和技术的宏观理解。课课 程程 简简 介介n 课程意义课程意义1理解高级语言的工作原理，编写出高效的代码，理解高级语言的工作原理，编写出高效的代码，提高软件设计技术；提高软

2、件设计技术；1 灵活设计、实现自定义语言；灵活设计、实现自定义语言；1 编译器的设计原理在计算机自身发展的过程编译器的设计原理在计算机自身发展的过程中及其应用领域中无所不在，将该原理应用于中及其应用领域中无所不在，将该原理应用于软件逆向工程、程序理解和软件安全等涉及元软件逆向工程、程序理解和软件安全等涉及元级操作的领域；级操作的领域；1前三年所学课程的一个综合理解和应用。前三年所学课程的一个综合理解和应用。参参 考考 书书 目目1.Alfred V.Aho Ravi Sethi Jeffrey D.Ullman Compilers:Principles,Techniques,and Tools

3、 人民邮电出版社。2.Kenneth C.Louden 著 冯博琴 冯岚等译 Compiler Construction Principles and Practice 机械工业出版社。3.金成植著 编译原理及实现高等教育出版社。4.吕映芝 编译原理清华大学教育出版社。1.1 1.1 程序设计语言和编译程序程序设计语言和编译程序程序设计语言和编译程序程序设计语言和编译程序1.2 1.2 编译程序的逻辑结构编译程序的逻辑结构编译程序的逻辑结构编译程序的逻辑结构1.3 1.3 其它与编译程序相关的程序其它与编译程序相关的程序其它与编译程序相关的程序其它与编译程序相关的程序1.4 1.4 编译程序的

4、实现途径编译程序的实现途径编译程序的实现途径编译程序的实现途径第一章 编译引论主要内容：主要内容：l 几个基本概念几个基本概念:翻译程序翻译程序汇编程序汇编程序编译程序编译程序源程序源程序目标程序目标程序l编译器的工作过程及各个阶段的功能；编译器的工作过程及各个阶段的功能；l编译程序的实现途径；编译程序的实现途径；l与编译程序相关的其他程序。与编译程序相关的其他程序。编辑器编辑器预处理器预处理器连接程序连接程序装配程序装配程序调试程序调试程序一、程序设计语言一、程序设计语言（一）低级语言（面向机器的言）（一）低级语言（面向机器的言）机器语言机器语言 机器指令是机器指令是CPU能直接识别并执行的

5、指令，它能直接识别并执行的指令，它的表现形式是二进制编码。的表现形式是二进制编码。机器指令通常由操作码和操作数两部分组成，机器指令通常由操作码和操作数两部分组成，操作码指出该指令所要完成的操作，即指令的功能，操作码指出该指令所要完成的操作，即指令的功能，操作数指出参与运算的对象、以及运算结果所存放操作数指出参与运算的对象、以及运算结果所存放的位置等。的位置等。机器指令通过线路变成电信号，让计算机执行机器指令通过线路变成电信号，让计算机执行各种不同的操作。各种不同的操作。1.1 程序设计语言和编译程序程序设计语言和编译程序 用机器语言编写出来的程序是一串二进制代码用机器语言编写出来的程序是一串二

6、进制代码序列。它是序列。它是CPU能直接识别的唯一一种语言。能直接识别的唯一一种语言。由于机器指令格式和代码所代表的含义都是硬由于机器指令格式和代码所代表的含义都是硬性规定的，故称之为面向机器的语言，也称为机器性规定的，故称之为面向机器的语言，也称为机器语言。语言。l用用PentiumPentium机器语言编写如下程序片段机器语言编写如下程序片段：1010 1001 0001 0110 0000 0001 0011 1100 0001 1000 0000 0001 0111 1100 0000 01010010 1101 0001 0101 0000 0000 1110 1010 0000 0

7、0110000 0101 0001 0101 0000 0000 0101 0011 0001 1000 0000 0001 .0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 Y=x+15 xy x-15 否则否则l机器语言提只供初等的运算、数据结构和控制方式：机器语言提只供初等的运算、数据结构和控制方式：机器语言只接受算术运算、按位逻辑运算和数机器语言只接受算术运算、按位逻辑运算和数的大小比较运算等。的大小比较运算等。机器语言能直接表达的数据只有最原始的位、机器语言能直接表达的数据只有最原始的位、字节、和字三种。字节、和字三种。机器语言所提供的控制转移指令也只

8、有无条件机器语言所提供的控制转移指令也只有无条件转移、条件转移、进入子程序和从子程序返回转移、条件转移、进入子程序和从子程序返回等最基本的几种。等最基本的几种。l机器语言的优点：执行速度快；机器语言的优点：执行速度快；l机器语言的缺点：机器语言的缺点：难学、难记忆、难理解、出错率高、难以维难学、难记忆、难理解、出错率高、难以维护，也不能直观地反映用计算机解决问题的基本护，也不能直观地反映用计算机解决问题的基本思路。思路。机器语言程序依赖于具体的机器机器语言程序依赖于具体的机器,不具备移植不具备移植性。性。由于机器指令与由于机器指令与CPU紧密相关，所以，紧密相关，所以，不同种类的不同种类的CP

9、U所对应的机器指令也就不同，而所对应的机器指令也就不同，而且它们的且它们的指令系统指令系统往往相差很大。往往相差很大。但对同一系列的但对同一系列的CPU来说，为了满足各来说，为了满足各型号之间具有良好的兼容性，新一代型号之间具有良好的兼容性，新一代CPU的指令的指令系统必须包括先前同系列系统必须包括先前同系列CPU的指令系统。的指令系统。汇编语言汇编语言（面向机器的语言）（面向机器的语言）用助记符用助记符(Memoni)代替操作码，用地址符号代替操作码，用地址符号(Symbol)或标号或标号(Label)代替地址码，代替地址码，如如ADD表示加法操表示加法操作，作，SUB表示减法操作等等表示减

10、法操作等等。通常是为特定的计算机或。通常是为特定的计算机或系列计算机专门设计的。系列计算机专门设计的。l用用PentiumPentium汇编语言编程示例：汇编语言编程示例：1.MOV X,AX 2.CMP AX,Y3.JL S14.SUB AX,155.JMP S26.S1:ADD AX,157.S2:MOV AX,Y .XDW YDW x+15 xy Y=x-15 否则否则l汇编语言的优点：汇编语言的优点：1 1、比机器语言较易学、易记忆及易理解、比机器语言较易学、易记忆及易理解;2 2、汇编语言程序占用内存空间少，运行速度、汇编语言程序占用内存空间少，运行速度快，有着高级语言不可替代的用途

11、快，有着高级语言不可替代的用途。70%以上的系统软件是用汇编语言编写的。以上的系统软件是用汇编语言编写的。某些快速处理、位处理、访问硬件设备等高效程某些快速处理、位处理、访问硬件设备等高效程序需用汇编语言编写的。序需用汇编语言编写的。某些高级绘图程序、视频游戏程序需用汇编语言某些高级绘图程序、视频游戏程序需用汇编语言编写的。编写的。l汇编语言的缺点：汇编语言程序依赖于具体的机汇编语言的缺点：汇编语言程序依赖于具体的机器器,不具备移植性。不具备移植性。汇编语言是面向具体机型的，它离不开具体计汇编语言是面向具体机型的，它离不开具体计算机的算机的指令系统指令系统，因此，对于不同型号的计算机，因此，对

12、于不同型号的计算机，有着不同的结构的汇编语言，对于同一问题所编制有着不同的结构的汇编语言，对于同一问题所编制的汇编语言程序在不同种类的计算机间是互不相通的汇编语言程序在不同种类的计算机间是互不相通的。的。（二）高级语言（二）高级语言l形式语言：是指按一定形式语言：是指按一定逻辑关系逻辑关系及严格规定的符号来表达及严格规定的符号来表达某种事物以及进行某种事物以及进行信息交流信息交流的一种语言的一种语言.l高级语言：模仿便于理解的自然语言和数学语言，采用一高级语言：模仿便于理解的自然语言和数学语言，采用一组形式规则来描述的人工语言。组形式规则来描述的人工语言。l高级语言编程示例：高级语言编程示例：

13、if (XY)then Y:=X+15 else Y:=X-15;l高级语言的优点：高级语言的优点：l以人为本，面向自然表达，比汇编语言更容易学，以人为本，面向自然表达，比汇编语言更容易学，易用、易理解、易修改易用、易理解、易修改;l高级语言程序不依赖于具体的机器高级语言程序不依赖于具体的机器,具备移植性。具备移植性。l高级程序设计语言分类：高级程序设计语言分类：1 1、程序设计语言按功能分类：、程序设计语言按功能分类：科学计算用语言商用语言表处理语言图形语言公式处理语言串处理语言多用途语言 2 2、按处理问题模式分类：、按处理问题模式分类：过程式语言函数式语言逻辑式语言对象式语 3 3、按执

14、行模式分类：、按执行模式分类：顺序语言并行语言二、高级语言和汇编语言的执行二、高级语言和汇编语言的执行l翻译程序（翻译程序（Translator）：它把用汇编语言或：它把用汇编语言或高级语言编写的程序转换成等价的机器语言程高级语言编写的程序转换成等价的机器语言程序。序。l汇编程序汇编程序(Assembler)：汇编语言的翻译程序称：汇编语言的翻译程序称为汇编程序为汇编程序(Assembler)l编译程序编译程序(Compiler)：高级语言的翻译程序称：高级语言的翻译程序称为编译程序为编译程序,也称为编译器也称为编译器。l源程序（源程序（Source program）：编译程序的输入）：编译程

15、序的输入对象对象,它是高级语言编写的程序；它是高级语言编写的程序；l目标程序（目标程序（Object program）:编译程序的输编译程序的输出对象称为目标程序。目标程序可以是机器语出对象称为目标程序。目标程序可以是机器语言程序、汇编语言程序或用户自定义某种中间言程序、汇编语言程序或用户自定义某种中间语言程序。语言程序。三、高级语言的执行方式三、高级语言的执行方式1.编译方式编译方式l编编译译阶阶段段：将将源源程程序序改改造造成成另另一一种种在在逻逻辑辑上上等等价价的的目目标标语言程序；语言程序；l运行阶段：在运行子程序的支持下执行目标程序。运行阶段：在运行子程序的支持下执行目标程序。运运行

16、行子子程程序序是是为为了了支支持持目目标标程程序序的的运运行行而而开开发发的的程程序序，如如系系统统提提供的标准库函数和目标程序所调用的其它子程序。供的标准库函数和目标程序所调用的其它子程序。目标程序目标程序程序的输入数据程序的输入数据运行结果运行结果高级语言高级语言 源程序源程序 编译程序编译程序 （器）（器）2.解释方式解释方式 接接受受某某程程序序语语言言编编写写的的源源程程序序，按按源源程程序序语语句句运运行行时时的的动动态态结结构构，直直接接逐逐句句地地分分析析、翻翻译译并并执执行行。解解释释程程序序相当于源程序的抽象执行机，是语言的实现系统。相当于源程序的抽象执行机，是语言的实现系

17、统。高级语言编程示例：高级语言编程示例：if (XY)then Y:=X+15 else Y:=X-15;运行结果运行结果 解释程序解释程序 （器）（器）程序的输入数据程序的输入数据高级语言源高级语言源程序程序解释器和编译器的比较解释器和编译器的比较解释器和编译器的比较解释器和编译器的比较l解释器是执行系统，编译器是转换系统。解释器是执行系统，编译器是转换系统。l基于解释执行的程序可以动态修改自身，基于解释执行的程序可以动态修改自身，而基于编译执行的程序而基于编译执行的程序不易胜任，不易胜任，因其需要动态编译技术，因其需要动态编译技术，难度较大。难度较大。l基于解释方式有利于人机交互。基于解释

18、方式有利于人机交互。l执行速度执行速度:解释器执行速度要慢。解释器执行速度要慢。l空间开销空间开销:解释器需要保存的信息较多，空间开销大。解释器需要保存的信息较多，空间开销大。l利用解释器可自动生成编译器。利用解释器可自动生成编译器。l二者实现技术相似。二者实现技术相似。综上，大多数的高级语言采用编译方式综上，大多数的高级语言采用编译方式。3、语言的转换执行方式语言的转换执行方式l假如要实现假如要实现L L语言，现在已有语言，现在已有L L语言的编译程序，就语言的编译程序，就可以先把用可以先把用L L语言编写的程序转换成等价的语言编写的程序转换成等价的L L语言的语言的程序，再利用程序，再利用

19、L L语言的编译程序实现语言的编译程序实现L L语言。语言。L语言编译器语言编译器 转换器转换器 L语言程序语言程序 L语言程序语言程序 目标程序目标程序 1.2 编译程序的逻辑结构编译程序的逻辑结构l编译程序的基本任务是将源语言程序翻译成等价的目编译程序的基本任务是将源语言程序翻译成等价的目标语言程序。标语言程序。1、源语言的种类成千上万，从常用的诸如源语言的种类成千上万，从常用的诸如FORTEAN,PASCAL和和C语言，到各种各样的计算机应语言，到各种各样的计算机应用领域的专用语言。用领域的专用语言。2、目标语言也是成千上万的。、目标语言也是成千上万的。3、编译程序根据它们构造的不同、所

20、执行的具体、编译程序根据它们构造的不同、所执行的具体功能的差异又分成多种类型，比如：一趟编译的、多功能的差异又分成多种类型，比如：一趟编译的、多趟编译的、具有调试和优化功能的等等。趟编译的、具有调试和优化功能的等等。尽管存在这些明显的复杂因素，任何编译程序所尽管存在这些明显的复杂因素，任何编译程序所必需执行的主要任务基本是一样的，通过理解这些任必需执行的主要任务基本是一样的，通过理解这些任务，使用同样的基本技术，我们可以为各种各样的源务，使用同样的基本技术，我们可以为各种各样的源语言和目标语言设计和构造编译程序。语言和目标语言设计和构造编译程序。1.2.11.2.1、编译器的逻辑结构编译器的逻

21、辑结构表表 处处 理理 错错 误误 处处 理理 目目标标代代码码生生成成中中间间代代码码优优化化中中间间代代码码生生成成语语义义分分析析语语法法分分析析词词法法分分析析目目标标程程序序源源程程序序词法分析的示例词法分析的示例词法分析的示例词法分析的示例u某程序片段如下：某程序片段如下：VAR sum,first,count:real;BEGIN sum:=first+count*10 END.l词法分析词法分析(Lexical Analysis)u词法分析程序扫描该程序段的字符序列，识别出下列单词序列：词法分析程序扫描该程序段的字符序列，识别出下列单词序列：1.1.关键字关键字 VAR VAR

22、 2.2.标识符标识符 sum sum 3.3.特殊符特殊符 ,4.4.标识符标识符 first first 5.5.特殊符特殊符 ,6.6.标识符标识符 count count 7.7.特殊符特殊符 :8.8.关键字关键字 real real 9.9.特殊符特殊符 ;10.10.关键字关键字 BEGIN BEGIN 11.11.标识符标识符 sum sum 12.12.特殊符特殊符 :=:=13.13.标识符标识符 first first 14.14.特殊符特殊符 +15.15.标识符标识符 count count 16.16.特殊符特殊符 *17.17.整形常数整形常数 10 10 18.

23、18.关键字关键字 END END 19.19.特殊符特殊符 .VAR sum,first,count:real;BEGINsum:=first+count*10 END.u单词种类单词种类:关键字关键字:if、then、for、while等等;标识符标识符;常数常数;运算符运算符 特殊符特殊符 分界符分界符:标点符号、左右括号等等标点符号、左右括号等等.u单词的机内表示，即单词的机内表示，即TOKEN形式，一般包形式，一般包括单词属性标识和单词内码两个部分。这种括单词属性标识和单词内码两个部分。这种形式既刻画了单词本身，又刻画了它所具有形式既刻画了单词本身，又刻画了它所具有的种类属性。的种类

24、属性。u词法分析任务：依词法分析任务：依据据语言的词法规则，扫描语言的词法规则，扫描源程序的字符序列，识别每源程序的字符序列，识别每 一个单词及其种一个单词及其种类，并将其表示成所谓的机内表示类，并将其表示成所谓的机内表示TOKEN形式。形式。u在词法分析阶段还要检查括号类配对等词法在词法分析阶段还要检查括号类配对等词法错误并去掉源程序中注释。错误并去掉源程序中注释。u词法分析阶段不依赖于语言的语法定义。词法分析阶段不依赖于语言的语法定义。u词法分析与语法分析的接口。词法分析与语法分析的接口。l语法分析语法分析（Syntax Analysis)Syntax Analysis)依据源语言的语法规

25、则，确定整个输入串依据源语言的语法规则，确定整个输入串是否构成一个语法上正确的程序。一般来说分是否构成一个语法上正确的程序。一般来说分析时发现错误输出错误位置及类型，如未发现析时发现错误输出错误位置及类型，如未发现错误则将错误则将源程序装换成语法树的形式，目的是源程序装换成语法树的形式，目的是把词法分析的结果分解成各种语法单位把词法分析的结果分解成各种语法单位。语法分析程序的扫描对象：源程序的字符语法分析程序的扫描对象：源程序的字符序列（当词法分析程序是语法分析程序的子程序列（当词法分析程序是语法分析程序的子程序时）或序时）或TokenToken序列序列（当词法分析程序是独立（当词法分析程序是

26、独立的一遍时。的一遍时。语法分析的示例语法分析的示例lsum:=first+count*10 +:=*赋值语句表达式表达式标识符 sum 表达式标识符 first 表达式标识符 count 表达式常数 10lsum+first:=count*10 lsum:=“first”+count*10 l语义分析语义分析（Semantic AnalysisSemantic Analysis）审查审查源程序有无源程序有无语义错误语义错误，为为代代码码生成生成 阶阶段收集段收集类类型信息。型信息。l语义错误检查又可分为类型检查和一般的语义语义错误检查又可分为类型检查和一般的语义检查。类型检查主要包含以下内容

27、：检查。类型检查主要包含以下内容：各种条件表达式的类型是不是各种条件表达式的类型是不是boolean型型?运算符的分量的类型是否相容运算符的分量的类型是否相容?赋值语句的左右部的类型是否相容赋值语句的左右部的类型是否相容?形参和实参的类型是否相容形参和实参的类型是否相容?下标表达式的类型是否为所允许的类型下标表达式的类型是否为所允许的类型?变体记录中表示情形的常量是否为合法类型变体记录中表示情形的常量是否为合法类型?函数说明中的函数类型和返回值的类型是否一致函数说明中的函数类型和返回值的类型是否一致?l除了上述类型检查外，语义分析还要进除了上述类型检查外，语义分析还要进行如下一些语义检查：行如

28、下一些语义检查：VE中的中的V是不是变量是不是变量,而且是数组类型？而且是数组类型？V.id中的中的V是不是变量是不是变量,而且是记录类型而且是记录类型?id是不是是不是该记录类型中的域名该记录类型中的域名?V中的中的V是不是指针或文件变量？是不是指针或文件变量？Y+f(.)中的中的f是不是函数名是不是函数名?形参个数和实参个数形参个数和实参个数是否一致是否一致?每个使用性标识符是否都有声明每个使用性标识符是否都有声明?在同层内有无标在同层内有无标识符被声明多次识符被声明多次?p(.)语句中的语句中的p是不是过程名是不是过程名?形参个数和实参个形参个数和实参个数是否一致数是否一致?标号是否有声

29、明标号是否有声明?有无重复声明和重复定位错误有无重复声明和重复定位错误?有无非法转入错误？有无非法转入错误？子界类型中的下界和上界类型是否相容子界类型中的下界和上界类型是否相容?下界是否下界是否小于等于小于等于上界？词义分析的示例词义分析的示例VAR first:real;count：char;BEGIN sum:=first+count*10 END.词义错误词义错误：1、sum有使用而无定义；2、count为字符类型变量不能进行乘法运算。l中间代码生成中间代码生成（Intermediate Code Intermediate Code GenerationGeneration）为优化源程序

30、、为编译程序便于移植和便于修改为优化源程序、为编译程序便于移植和便于修改、将将源程序转换成一种称为中间代码的内部表示形式。源程序转换成一种称为中间代码的内部表示形式。中间代码是一种简单的含义明确的记号系统，形式有多中间代码是一种简单的含义明确的记号系统，形式有多种，常见的有后缀式（栈式）中间代码、三地址中间代码种，常见的有后缀式（栈式）中间代码、三地址中间代码（三元式和四元式）、图结构中间代码（树，（三元式和四元式）、图结构中间代码（树，DAGDAG）。）。例：例：sum:=first+count*10生成如下四元式形式的中间代码序列：生成如下四元式形式的中间代码序列：1、（、（int-to-

31、real,10,-,t1)2、（、（*,count,t1,t2)3、（、（+,first,t2,t3)4、（、（:=,t3,-,sum)l中间代码优化中间代码优化（Intermediate CodeIntermediate Code OptimizationOptimization）在不改变源程序语义的前提下在不改变源程序语义的前提下变换或改造中间代变换或改造中间代码，使生成的目标代码更为高效，即码，使生成的目标代码更为高效，即缩短运行时间或缩短运行时间或节省存储空间。主要的优化方式包括常量表达式优化、节省存储空间。主要的优化方式包括常量表达式优化、公共子表达式优化、不变表达式的循环外提和削减

32、运公共子表达式优化、不变表达式的循环外提和削减运算强度等。算强度等。例：例：sum:=first+count*10生成如下四元式形式的中间代码序列：生成如下四元式形式的中间代码序列：1、（、（int-to-real,10,-,t1)2、（、（*,count,t1,t2)3、（、（+,first,t2,t3)4、（、（:=,t3,-,sum)生成如下优化后的四元式形式的中间代码序列：生成如下优化后的四元式形式的中间代码序列：2、（、（*,count,10.0,t2)3、（、（+,first,t2,t3)4、（、（:=,t3,-,sum)l目标代码生成目标代码生成（Code GenerationC

33、ode Generation）中中间间代代码变换为码变换为特定机器上的特定机器上的机器指令代码机器指令代码（绝对绝对指令代指令代码码或可重定位的指令代或可重定位的指令代码码）或）或汇编汇编指令代指令代码码。例：sum:=first+count*10生成如下生成如下汇编汇编代代码码：1.MOV count ,R22.MULT R2,#10.0 3.MOV first ,R14.ADD R1,R25.MOV R1,sum l表格管理表格管理（Symbol-Table Management)Symbol-Table Management)较大的编译程序用到很多表格，为了合理地管理较大的编译程序用到很

34、多表格，为了合理地管理表格（构造、查找、更新），很多编译程序设立一些表格（构造、查找、更新），很多编译程序设立一些专门子程序（称为表格管理程序）负责管理表格。专门子程序（称为表格管理程序）负责管理表格。l错误处理错误处理（Error Detection and Reporting)Error Detection and Reporting)编编译译程程序序各各个个阶阶段段还还存存在在着着错错误误处处理理模模块块，当当有有错错误误出出现现时时，由由相相应应的的错错误误处处理理模模块块给给出出解解决决方方案案，使使得得编编译译器器能能够够继继续续进进行行下下去去。词词法法和和语语法法错错误误检检查

35、查集集中中一一次次完完成成，而而语语义义错错误误检检查查要要分分散散在在语语法法分分析析以以后后的的各个阶段。各个阶段。1.2.2 1.2.2 遍遍遍遍 （PassPass）所谓所谓“遍遍”就是对源程序或源程序的中间表示就是对源程序或源程序的中间表示形式从头到尾扫描一次，并作加工处理，生成形式从头到尾扫描一次，并作加工处理，生成新的中间结果或目标程序。新的中间结果或目标程序。1.2.3 1.2.3 编译程序的前端和后端编译程序的前端和后端编译程序的前端和后端编译程序的前端和后端l前端主要由与源语言有关但与目标机无关的那前端主要由与源语言有关但与目标机无关的那些部分组成。编译前端通常包括词法分析

36、、语些部分组成。编译前端通常包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成，与目标机法分析、语义分析、中间代码生成，与目标机无关的中间代码优化部分也可包含在前端无关的中间代码优化部分也可包含在前端,当然当然前端也包括相应部分的错误处理。前端也包括相应部分的错误处理。l编译后端包括与目标机有关的中间代码优化部编译后端包括与目标机有关的中间代码优化部分和目标代码生成等。一般来说，这些部分与分和目标代码生成等。一般来说，这些部分与源语言无关而仅仅依赖于中间语言。很明显编源语言无关而仅仅依赖于中间语言。很明显编译后端是面向目标语言的，而编译前端则不是，译后端是面向目标语言的，而编译前端则不是，它几乎独

37、立于目标语言。它几乎独立于目标语言。源程序文件源程序文件预处理器预处理器标准源程序文件标准源程序文件编译程序编译程序 汇编代码汇编代码汇编程序汇编程序可重定位的目标代码可重定位的目标代码连接连接/装配程序装配程序绝对目标代码绝对目标代码高高级级语语言言程程序序到到可可执执行行代代码码的的转转换换过过程程编辑器编辑器调试程序调试程序1.3 其它与编译程序相关的伙伴程序其它与编译程序相关的伙伴程序l编辑器（编辑器（Editor）为用户输入源程序文件提供一般的编辑功为用户输入源程序文件提供一般的编辑功能，有的还具有语法制导的结构化功能和其它能，有的还具有语法制导的结构化功能和其它分析、提示、检查和自

38、动提供关键字或与当前分析、提示、检查和自动提供关键字或与当前关键字相匹配的关键字等高级编辑功能等。关键字相匹配的关键字等高级编辑功能等。l 预处理器（预处理器（Preprocessor）预处理器是翻译工作开始之前由编译器调预处理器是翻译工作开始之前由编译器调用的独立程序，它所做的工作包括删除源程序用的独立程序，它所做的工作包括删除源程序中的注释、执行宏替换以及包含文件的嵌入等。中的注释、执行宏替换以及包含文件的嵌入等。l连接程序（连接程序（Linker）连接程序负责将分别在不同的目标文件中编译连接程序负责将分别在不同的目标文件中编译或汇编的代码集中到一个可执行文件中，并将目或汇编的代码集中到一

39、个可执行文件中，并将目标程序和标准库函数的代码以及计算机操作系统标程序和标准库函数的代码以及计算机操作系统提供的资源连接在一起。连接程序对操作系统和提供的资源连接在一起。连接程序对操作系统和目标机有极大的依赖性。目标机有极大的依赖性。l装配程序（装配程序（Loader）装配程序用来把程序加载到内存储器中，以装配程序用来把程序加载到内存储器中，以便执行。便执行。由于用户的程序经汇编或编译后生成的目标由于用户的程序经汇编或编译后生成的目标代码通常采用相对地址的形式，它的起始地代码通常采用相对地址的形式，它的起始地址是不确定的，这样的代码被称为可重定位址是不确定的，这样的代码被称为可重定位的。的。装

40、入程序可处理所有的与指定的基地址或起装入程序可处理所有的与指定的基地址或起始地址有关的可重定位的地址，它使得可执始地址有关的可重定位的地址，它使得可执行代码更加灵活。行代码更加灵活。在高级语言发展的早期，这些工具都是独立的，在高级语言发展的早期，这些工具都是独立的，缺乏整体性。随着程序设计语言的发展，编辑器、预缺乏整体性。随着程序设计语言的发展，编辑器、预处理器、编译器、连接程序、装配程序、调试程序及处理器、编译器、连接程序、装配程序、调试程序及项目管理程序等这些工具往往被集成在一起，构成基项目管理程序等这些工具往往被集成在一起，构成基于窗口的交互式集成开发环境（于窗口的交互式集成开发环境（I

41、DE），集编辑、编），集编辑、编译、调试、连接、运行等功能于一体。在这种集成开译、调试、连接、运行等功能于一体。在这种集成开发环境中，编译程序起到核心作用。发环境中，编译程序起到核心作用。l调试程序（调试程序（Debugger）调试程序是可在被编译了的程序中判定调试程序是可在被编译了的程序中判定执行错误的程序。执行错误的程序。1.4 编译程序的实现途径一、开发编译程序的必要条件一、开发编译程序的必要条件实现一个编译程序应从以下三方面入手：实现一个编译程序应从以下三方面入手：l源语言：对源语言的词法、语法和语义要有准确无误源语言：对源语言的词法、语法和语义要有准确无误 的理解，否则难以保证编译程

42、序的正确性。的理解，否则难以保证编译程序的正确性。l目标语言：对目标语言要有很好的了解，否则会生成目标语言：对目标语言要有很好的了解，否则会生成 质量不高的目标代码。若选用机器语言作质量不高的目标代码。若选用机器语言作 为目标语言，更需要深入了解目标机的软为目标语言，更需要深入了解目标机的软 件、硬件的有关资源、环境及特点。件、硬件的有关资源、环境及特点。l编译技术：编译技术：确定对编译程序的要求，如搞不搞优化，搞优化搞确定对编译程序的要求，如搞不搞优化，搞优化搞到哪一级等等。到哪一级等等。根据编译程序的规模，确定编译程序的扫描次数、根据编译程序的规模，确定编译程序的扫描次数、每趟扫描的具体任

43、务和所要采用的技术。每趟扫描的具体任务和所要采用的技术。设计各遍扫描程序的算法并加以实现设计各遍扫描程序的算法并加以实现。在在60年代初，几乎所有的编译程序都是用机器语年代初，几乎所有的编译程序都是用机器语言或汇编语言书写，而这种低级语言书写的编译程序言或汇编语言书写，而这种低级语言书写的编译程序多为手工构造，可以加工细致，目标程序的效率高，多为手工构造，可以加工细致，目标程序的效率高，但开发时间长，可读性差，不易调试，不易移植，可但开发时间长，可读性差，不易调试，不易移植，可维护性和可扩充性更差，可靠性也不高，可以说是效维护性和可扩充性更差，可靠性也不高，可以说是效率极低。率极低。7 0年代

44、开始逐步有不少编译程序是用高级语言编年代开始逐步有不少编译程序是用高级语言编写，进而又不断推出编译程序的构造工具，这些技术写，进而又不断推出编译程序的构造工具，这些技术的发展对编译程序的实现带来极大的方便，不仅缩短的发展对编译程序的实现带来极大的方便，不仅缩短了开发周期，提高了开发效率，而且大大增加了可靠了开发周期，提高了开发效率，而且大大增加了可靠性、可移植性、可维护性和可扩充性。本小节简单介性、可移植性、可维护性和可扩充性。本小节简单介绍编译程序的自展技术、交叉编译、移植和工具法等绍编译程序的自展技术、交叉编译、移植和工具法等实现途径。实现途径。二、编译程序的开发途径二、编译程序的开发途径

45、1、预处理方法（转换法）预处理方法（转换法）用于语言的扩充。设已有用于语言的扩充。设已有L语言的编译器，其扩充语语言的编译器，其扩充语言言L1的编译器可通过语言转换程序将的编译器可通过语言转换程序将L1程序转换为程序转换为L程序，程序，利用利用L的编译器，从而实现的编译器，从而实现L1的编译器。的编译器。、移植法移植法 通常把某个机器通常把某个机器(称为宿主机称为宿主机)上已有的软件移植到另上已有的软件移植到另一台机器一台机器(称为目标机称为目标机)上的过程称为移植。把已在上的过程称为移植。把已在A机器上机器上实现的一个高级语言的编译程序移植到另一个目标机实现的一个高级语言的编译程序移植到另一

46、个目标机B上，上，以缩短开发时间。以缩短开发时间。方法：方法：a.目标代码的转换目标代码的转换b.交叉编译：交叉编译：修改中间代码到目标代码的转换修改中间代码到目标代码的转换3、自展法自展法(Bootstrap）假设考虑的语言是假设考虑的语言是L，则第一步选择其子语言，则第一步选择其子语言L 1，并用，并用低级语言写低级语言写L 1 语言的编译程序，这样语言的编译程序，这样L 1语言可用；其次再语言可用；其次再扩充扩充L 1 语言语言(设其为设其为L 2），），并用并用L 1 高级语言来写高级语言来写L 2 的编译的编译程序；程序；，如此下去像滚雪球一样直至写出，如此下去像滚雪球一样直至写出L

47、 语言的编译语言的编译程序为止。其中程序为止。其中L i 语言选择得能写出语言选择得能写出 L i+1 语言的编译程序。语言的编译程序。我们把这样的实现方式称为自展技术，其优势在于我们把这样的实现方式称为自展技术，其优势在于 减轻工作减轻工作力度和提高可靠性。力度和提高可靠性。4、工具法工具法 利用编译各个阶段的自动生成工具自动生成相利用编译各个阶段的自动生成工具自动生成相应部分。如：应用应部分。如：应用LEX自动生成词法分析器、应用自动生成词法分析器、应用YACC自动生成语法分析器。目前应用于编译器后端的工具还不自动生成语法分析器。目前应用于编译器后端的工具还不很成熟。很成熟。5、理论法（自

48、动生成法）理论法（自动生成法）根据对编译程序的描述，由计根据对编译程序的描述，由计算机自动生成编译程序算机自动生成编译程序。目前，语法分析的自动生成工具。目前，语法分析的自动生成工具比较成熟，但是整个编译程序的自动生成技术还不是很成比较成熟，但是整个编译程序的自动生成技术还不是很成熟，虽然有基于属性文法的编译程序自动生成器和基于指熟，虽然有基于属性文法的编译程序自动生成器和基于指称语义的编译程序自动生成器，但产生目标程序的效率很称语义的编译程序自动生成器，但产生目标程序的效率很低，离实用尚有一段距离。低，离实用尚有一段距离。该领域的发展期待于形式化描该领域的发展期待于形式化描述理论的发展。述理论的发展。对于理论部分，不断地在数学语言和自然语言之间对于理论部分，不断地在数学语言和自然语言之间作切换；作切换；学习编译原理的方法 做到做到“读你千遍也不厌倦，读你千遍也不厌倦，.”