编译原理教学大纲2005.doc

编译原理 课程教学大纲（2005版）课程编码： 07153008课程性质：学科基础必修课学时： 64学分： 4开课单位： 计算机科学与技术学院授课对象： 计算机科学与技术专业本科生先修课程： 高级程序设计语言、数据结构、离散数学、汇编语言教材： 刘磊 编译原理及实现技术 机械工业出版社 2005参考书：1）陈火旺等 程序设计语言编译原理 国防工业出版社 20012）吕映芝，张素琴，蒋维杜 编译原理 清华大学出版社 19983） Alfred V.Aho,Ravi，Sethi，Jeffrey D.Ullman. Compilers: Principles, Techniques, and Tool. Addison Wesley, 1985.4）Charles N.Fischer, Richard J.LeBlanc. Crafting a Compiler with C. Pearson Education, 1991.一、教学目的 编译原理课程是计算机科学与技术专业学生的专业骨干课之一。通过学习这门课程，使学生掌握编译程序的基本原理、方法和实现技术，使学生更好的理解程序语言的内部机制，培养学生初步掌握设计大型系统软件的方法、技术以及设计大型软件的能力。二、教学基本要求1）正确理解什么是编译程序；了解编译程序工作的基本过程及其各阶段的基本任务；熟悉编译程序总框；了解编译程序的生成过程和构造工具。2）正确理解上下文无关文法基本概念，包括：文法的定义、编写、句型、句子、语言、语法树、二义性等；能进行各种文法等价变换；熟练掌握NFA、DFA、正则表达式和正则文法之间的等价关系，能够进行相互转换，掌握DFA的最小化算法。3）理解词法分析器功能及形式；熟练掌握词法分析器设计的原理，掌握运用状态转换图进行词法分析器设计。4）正确理解自上而下分析的基本思想；熟练掌握递归下降分析基本方法：消除左递归和公共前缀，消除回溯，构造递归下降子程序；掌握LL(1)分析程序的基本原理和LL(1)分析表构造；理解LL(1)方法的定义。5）正确理解自下而上语法分析的基本思想，以及归约、短语、句柄、分析树等概念；掌握简单优先分析基本方法：简单优先关系矩阵；LR类语法分析的基本思想及其分析表的构造，掌握LR类语法分析的基本过程。6）理解符号表的作用及符号表组织和使用方法，了解名字的作用范围，了解符号表中一般应包含的内容。7）正确理解语法制导翻译基本原理；熟悉常见的几种中间语言：四元式、三元式、逆波兰表示；掌握各种语句到四元式的翻译方法，包括：简单算术表达式，布尔表达式，控制语句，数组引用，过程调用等。了解自上而下分析制导翻译基本思想和实现方法。8）正确理解代码优化的定义和各种可能的优化概念；掌握基于基本块的局部优化方法。9）正确理解目标程序运行进存储空间的使用和组织管理方式；理解静态分配和动态存储分配基本思想；掌握栈式存储分配的处理方式；掌握栈式动态分配中活动记录和DISPLAY表作用、组织、内容及使用；了解嵌套过程语言程序运行时整个运行栈的内容的组织。10）正确理解代码生成过程的基本问题，理解临时变量、寄存器描述和地址模式等概念；掌握简单代码生成算法。三、教学内容及学时分配第一章 编译引论（2学时）主要内容：编译程序，编译过程概述，编译程序的结构，编译程序生成，学习构造编译程序。重点：编译程序工作的基本过程及其各阶段的基本任务，编译程序框架。1.1 程序设计语言和编译程序1.2.1 编译程序构成1.2.2 遍1.2.3 编译程序的前端和后端1.3 编译程序和程序设计环境1.4 编译程序的实现第二章 形式语言与有限自动机（10学时）主要内容：上下文无关文法，文法等价变换，语法树与文法二义性，正规表达式与有限自动机。重点：上下文无关文法，正则表达式与有限自动机。2.1 语言和文法2.1.1 基本概念2.1.2 文法分类2.1.3 推导和归约2.1.4 语法树与文法二义性2.1.5 文法等价变换2.2 有限自动机（FA）2.2.1 确定有限自动机（DFA）2.2.2 非确定有限自动机（NFA）2.2.3 DFA与NFA的等价2.2.4 DFA的化简2.3 正则表达式第三章 词法分析（4学时）主要内容：词法分析器任务，词法分析器设计，词法分析器自动生成。重点：词法分析器的任务与设计，状态转换图。3.1 词法分析介绍3.1.1 词法分析程序的功能3.1.2 词法分析程序的接口3.2 词法分析程序的设计3.2.1 单词分类3.2.2 单词的内部表示3.2.3 单词的形式描述3.2.4 自动机的实现3.3 词法分析程序的实现3.3.1 实现词法分析程序应注意的问题3.3.2 标识符表和常量表3.3.3 单词结构3.3.4 实现算法3.4 词法分析程序自动生成3.4.1 LEX简介3.4.2 LEX工作原理3.4.3 LEX源文件结构3.4.4 LEX系统中的正则式3.4.5 LEX的使用方式3.4.6应用实例第四章 语法分析自顶向下分析方法（8学时）主要内容：上下文无关文法，自上而下语法分析（递归下降分析法，LL(1)方法）。重点：上下文无关文法，递归下降子程序，LL(1)分析表构造，LL(1)文法。4.1 语法分析程序介绍4.1.1 语法分析程序的功能4.1.2 语法错误类别及错误处理4.1.3 自顶向下语法分析基本思想4.1.4 三个重要的集合4.1.5 自顶向下语法分析条件4.2 递归下降法4.2.1 递归下降法语法分析原理4.2.2 递归下降法语法分析程序的构造4.3 LL(1)分析方法4.3.1 LL(1)分析法原理4.3.2 LL(1)分析表的构造4.3.3 LL(1)驱动程序构造4.4 自顶向下分析程序的自动生成第五章 语法分析自底向上分析方法（14学时）主要内容：自下而上语法分析（LR(0),LR(1),SLR(1),LALR(1)等语法分析方法、简单优先分析方法）。重点：简单优先关系矩阵的构造；LR类分析表的构造及其分析过程。5.1 自底向上语法分析方法介绍5.2 简单优先分析5.2.1 简单优先文法及其优先关系矩阵的构造5.2.2 简单优先分析算法5.3 LR分析法5.3.1 LR类分析法的工作过程5.3.2 LR(0)分析方法5.3.3 SLR(1)分析方法5.3.4 LR(1)分析方法5.3.5 LALR(1)分析方法5.3.6 LR方法小结5.4 自底向上分析程序的自动生成第六章 语义分析和符号表（8学时）主要内容：语义分析内容、标识符的内部表示、类型的内部表示、值的内部表示。符号表的组织和使用，整理与查找，名字的作用范围，表的内容。程序的语义分析方法。重点：符号表的作用与内容、语义分析原理及过程。6.1 语义分析概述6.2 标识符的内部表示6.3 类型的内部表示6.4 值的内部表示6.5 符号表的组织和管理6.5.1符号表的总体组织6.5.2符号表项的排列6.5.3符号表的建立与查找6.6嵌套式符号表和分程序结构的管理6.6.1简单C语言的符号表6.6.2 Pascal语言的符号表6.6.3带有分程序结构的符号表6.7 标号的语义分析第七章 中间代码生成（8学时）主要内容：语法制导翻译概述，各种常见中间语言形式，各种语句到四元式的翻译，自下而上分析制导翻译概述。重点：语法制导翻译基本思想；三种中间语言：四元式、三元式、逆波兰表示；算术表达式的翻译，布尔表达式的翻译，控制语句的翻译。7.1 常用的中间代码结构7.1.1 后缀式7.1.2 抽象语法树和DAG7.1.3三地址中间代码7.2 语法制导方法概论7.3 类型检查和类型转换7.4 中间代码生成中的几个问题7.4.1语义信息的获取和保存7.4.2语义栈Sem及其操作7.4.3常用的语义子程序7.5 表达式的中间代码生成7.6 下标变量的中间代码生成7.6.1 下标变量的地址7.6.2 下标变量的四元式结构7.6.3 下标变量的中间代码生成7.6.4 下标变量中间代码生成例7.7 赋值语句的中间代码7.8 过程调用和函数调用的中间代码7.9 控制语句的中间代码生成7.9.1 GOTO语句和标号定位的中间代码7.9.2 条件语句的中间代码7.9.3 While语句的中间代码7.10 过程 函数声明的中间代码生成第八章 中间代码优化（6学时）主要内容：优化概述，局部优化，基本块、程序流程图，常量表达式优化，基于常量定值分析的常表达式全局优化，公共表达式的优化，基于值编码的公共表达式局部优化，循环不变式外提等 。重点：常量表达式优化，公共表达式的优化，基于值编码的公共表达式局部优化，循环不变式外提。8.1 优化方法概述8.2 基本块划分8.3 常量表达式局部优化8.4 公共表达式局部优化8.5 循环不变式外提8.5.1 循环不变式外提概述8.5.2 循环不变式外提原理8.6 其它各类优化介绍第九章 运行时存储空间的组织与管理（8学时）主要内容：运行时存储空间结构，运行时存储空间的分配策略，简单的栈式存储分配的实现，过程活动记录，运行时变量的访问以及变量访问环境的三种实现方法。重点：静态分配策略和动态分配策略基本思想，嵌套过程语言栈式分配，活动记录、DISPLAY表、运行时栈的组织。变量访问环境的实现（掌握一种）9.1 目标程序运行时的活动9.1.1 过程的活动9.1.2 名字的作用域和绑定9.1.3 过程活动记录9.1.4 抽象地址分配9.1.5 参数传递9.2 运行时存储器的划分9.3 静态存储分配9.4 简单的栈式存储分配9.5 嵌套式语言的栈式存储分配9.5.1局部Display表方法9.5.2静态链方法9.5.3全局Display表方法9.6 堆式动态存储分配9.6.1 堆区的分配策略9.6.2 堆区的回收策略9.7 过程调用中几种特殊情况的处理9.9.1 非正常出口语句9.9.2 形式过程语句9.9.3 过程的奇特型调用第十章 目标代码生成（4学时）主要内容：目标代码的种类，临时变量的空间分配方法，基于多元式的单寄存器的目标代码生成重点：基于多元式的单寄存器的目标代码生成。10.1 目标代码生成介绍10.1.1 代码生成器的输入和输出10.1.2 指令选择10.2 虚拟机10.3 寄存器的分配10.3. 1 单寄存器机器的寄存器分配10.3. 2 多寄存器机器的寄存器分配10.4 四元式到目标代码的翻译10.4.1 表达式四元式的翻译10.4.2 赋值语句四元式的翻译10.4.3 输入输出语句四元式的翻译10.4.4 条件语句四元式的翻译10.4.5 循环语句四元式的翻译10.4.6 标号语句四元式和goto语句四元式的翻译10.4.7 过程、函数说明语句四元式的翻译10