高级程序语言和编译

高级程序语言和编译第一章高级程序语言和编译本课程解决的主要问题:–如何将源程序翻译成功能等价的目标程序?

问题：1.高级语言源程序及语法描述。(被译者)。

2.编译程序的结构及构造。(译者)第2页,共28页，2024年2月25日，星期天一、高级程序语言及语法规则高级语言程序处理：高级语言程序－>编译程序－>低级语言程序

(源程序) （目标程序）第3页,共28页，2024年2月25日，星期天1.高级语言程序(1)程序语言：是一个记号系统，由语法和语义来定义。语言三大要素：语法，语义和语用：语法：由基本符号组成语法成分一组规则语义：按语法规则构成的语法成分的意义－>静态语义，动态语义。语用：使用者与语言符号的关系，涉及符号来源，使用和影响。高级语言程序：都可看成一给定字符集（称为字母表）上的一个字符串。合乎语法的字符串才算一个合适的程序。（字符流）第4页,共28页，2024年2月25日，星期天程序的构成：基本字符集，单词，句子。基本字符集：ASCII表中的字符。单词：由字符集中的字符组成的最小的语法单位。――――词法分析的对象。 标识符 保留字（关键字，基本字） 常数 运算符 界符。如：，,；,括号等。句子：按语法规则由单词组成。――语法分析的对象，语义检查的对象。表达式，语句，分程序，函数，过程，程序等。第5页,共28页，2024年2月25日，星期天(2)语法规则和语义规则a)什么是语法规则？语法规则词法规则：单词符号的形成规则。语法规则：规定了从单词符号形成更大的结构（即语法单位又称句子）词法和语法规则定义了程序的形式结构，它是判断输入字符串是否构成一个形式上正确的程序的依据。b)语法规则（又称文法）的表示文法的表示BNF范式：便于存储语法图：直观第6页,共28页，2024年2月25日，星期天ⅰ>.BNF范式构成：用终结符，非终结符，：：＝和︱等构成的式子来描述文法。例：“标识符”语法成分用BNF范式表示：字母开头的字母数字串：<标识符>：：＝<字母>|<标识符><字母>|<标识符><数字><字母>：：＝A|B|C|…|Y|Z|a|b|…|z<数字>：：＝0|1|2|3|4|5|6|7|8|9根据标识符定义，可以推出字符串a4是一个标识符：

<标识符>=><标识符><数字> =><标识符>4 =><字母>4 =>a4扩充的BNF范式表示文法的方法将在后面介绍。第7页,共28页，2024年2月25日，星期天由箭头，方框和圆框组成的有向图来描述文法。方框中的符号为非终结符；圆框中的符号为终结符；箭头指示了语法单位之间的构成关系。例：“标识符”的语法图标识符字母字母数字ⅱ>.语法图第8页,共28页，2024年2月25日，星期天字母ABCZaz……数字012789…第9页,共28页，2024年2月25日，星期天c)语义规则定义单词符号及语法单位的含义。（包括语句的动作含义，单词的存储分配的含义等）例：赋值语句，x:=x+1；求表达式x+1的值，且将该值赋给x表示的存储单元。又如：intx;说明分配x表示的单元，该单元的存储空间为一个整数最大值的位数。语义在文法中用属性文法定义。第10页,共28页，2024年2月25日，星期天2.程序,文法及编译程序关系：

源程序编译程序目标程序语言文法第11页,共28页，2024年2月25日，星期天尽管只有少数人去构造或维护编译程序系统。但在软件开发中需要用到编译原理中的技术： 词法分析器中的串匹配技术：用于正文编辑器，信息检索系统及模式识别程序中。 上下文无关文法和语法制导语义：用于排版绘图和语言结构化编辑器的设计。 代码优化技术：用于程序验证器及从非结构化到结构化的编辑器的开发当中。第12页,共28页，2024年2月25日，星期天二、编译程序概述1.翻译程序的主要方法 翻译程序的基本方法： 编译程序法（编译方式） 解释程序法（解释方式）a)编译程序法编译程序：将高级语言源程序翻译成等价的机器语言或汇编语言的目标程序。处理方式：第13页,共28页，2024年2月25日，星期天ii)

高级语言源程序编译程序机器语言目标程序结果初始数据运行系统编译阶段运行阶段第14页,共28页，2024年2月25日，星期天ii)机器语言目标程序结果初始数据运行系统运行阶段高级语言源程序编译程序编译阶段汇编语言目标程序汇编程序汇编阶段第15页,共28页，2024年2月25日，星期天b)解释程序法解释程序：一边解释，一边执行源程序的翻译程序。注：解释程序不生成目标程序，而编译程序生成目标程序。（两者的区别）第16页,共28页，2024年2月25日，星期天2.编译程序的基本结构编译程序一般由五个部分组成：源程序词法分析语法分析语义分析和中间代码生成代码优化目标代码生成表格管理出错处理第17页,共28页，2024年2月25日，星期天五个部分的工作分别由对应的五个程序来完成：词法分析程序，语法分析程序，语义分析及中间代码生成程序，代码优化程序，目标代码生成程序。另外再加表格管理程序和出错处理程序――构成编译程序的主要组成部分。注:编译程序各部分之间的逻辑关系，不一定是执行时间上的顺序关系。可用扫描遍数及各遍扫描的工作描述各部分之间的组合。

第18页,共28页，2024年2月25日，星期天一个编译过程可由一遍、两遍或多遍完成。所谓“遍”是对源程序或某等价的中间语言程序从头到尾扫描并完成规定任务的过程。一遍扫描可以完成一个部分或多个部分的工作。 如：一遍扫描完成词法分析；一遍完成词法分析和语法分析，甚至一遍扫描完成整个编译工作。 遍数的多少主要参考源程序和机器的特征,以及设计目标;

多遍扫描较一遍扫描编译程序占存储空间少，编译程序逻辑结构清晰，但开销大，降低编译效率。第19页,共28页，2024年2月25日，星期天前端与后端工作的组合前端工作：主要依赖源语言而与目标机器无关的工作，包括：词法，语法及语义及中间代码生成，某些优化工作（相关出错处理和符号表管理工作）。后端工作：依赖于目标机器而与源语言无关的工作，包括：目标代码生成工作（相应的出错处理及符号表管理工作）。实现：同一个源语言的编译程序移植到不同机器上。方法：某一编译程序的前端＋相应不同的后端。在同一机器上生成几个语言的编译程序。方法：不同语言编译的前端生成同一种中间语言，再使用一个共同的后端。第20页,共28页，2024年2月25日，星期天3.编译过程概述(1)词法分析任务：对构成源程序的字符流，从左到右进行扫描和分解，按词法规则识别出一个一个具有独立意义的单词（也称单词符号，简称符号）单词类型： 保留字（基本子，关键字）：for,if等。 标识符：ab等 常数：3。1415等 运算符：*，+，/等 界符：(,),；，等第21页,共28页，2024年2月25日，星期天例：ifa1>0thenb:=b+3;

分解识别的单词序列：保留字if标识符a1运算符>常数0保留字then标识符b运算符:=标识符b运算符＋

10.常数311.界符;第22页,共28页，2024年2月25日，星期天(2)语法分析任务：在词法分析的基础上，根据语言的语法规则从单词符号串中识别出各种语法单位（如表达式，说明，语句等），并进行语法检查。即检查语法结构的正确性。例：语法分析程序从下列单词符号串：

w:=(a1+b)*c1

识别出这是一个<赋值语句>语法成分，而右边为<表达式>语法成分。第23页,共28页，2024年2月25日，星期天(3)语义分析及中间代码的生成任务：首先对每个语法单位进行静态的语义审查，然后分析其含义，并用中间代码描述这种语义（如：四元式）四元式的形式： （运算符，运算对象1，运算对象2，结果）例：赋值：s:=2*3.14*r*(h+5)

语义：先计算右边表达式的值，再将该值送到s表示的内存单元中，翻译后的四元表达式表示：(*,2,3.14,T1)(*,T1,r,T2)(+,h,5,T3)(*,T2,T3,T4)(:=,T4,－,S)第24页,共28页，2024年2月25日，星期天其中：T1,T2,T3，T4是编译程序引进的临时变量，存放每条指令的运算结果。四元式表示的语义为：2*3.14＝>T1T1*r＝>T2h+5＝>T3T2*T3＝>T4T4＝>s第25页,共28页，2024年2月25日，星期天(4)代码优化任务：对中间代码进行等价变换或改造，以获得省时、省空间的目标代码。例：对上面的中间代码优化：(*,6.28,r,T2)(+,h,5,T3)(*,T2,T3,T4)(：=,T4,－，s)第26页,共