编译原理及答案试题

编译原理及答案试题一、选择题（每题2分，共20分）1.编译程序的前端不包含以下哪个阶段（）A.词法分析B.语法分析C.中间代码提供D.目标代码优化答案：D。解析：编译程序前端主要负责与源语言相关的处理，包括词法分析、语法分析、语义分析和中间代码提供，目标代码优化属于后端阶段，与目标机体系结构相关。2.下列关于正规式的描述中，错误的是（）A.正规式对应的正规集是字符串的集合B.任意一个正规式都可以转化为等价的有限自动机C.正规式“a|b”表示的是包含字符a或字符b的所有字符串D.正规式“(ab)”与“a(ba)”表示的正规集等价D.正规式“(ab)”与“a(ba)”表示的正规集等价答案：C。解析：正规式“a|b”表示的是仅包含单个字符a或单个字符b的字符串，即正规集{a,b}，而非所有包含a或b的字符串，后者对应的正规式应为“(a|b)”。答案：C。解析：正规式“a|b”表示的是仅包含单个字符a或单个字符b的字符串，即正规集{a,b}，而非所有包含a或b的字符串，后者对应的正规式应为“(a|b)”。3.上下文无关文法（CFG）中，若存在产生式A→αAβ（α、β不全为空串），则该文法属于（）A.左递归文法B.右递归文法C.自嵌入文法D.二义性文法答案：C。解析：左递归文法的产生式形式为A→Aα，右递归文法为A→αA，而自嵌入文法的产生式形式为A→αAβ，其中α和β不同时为空，这种形式会导致文法产生的语言无法用正规式描述。4.语法分析中的LL(1)文法，第一个“L”表示（）A.从左到右扫描输入串B.从右到左扫描输入串C.最左推导D.最右推导答案：A。解析：LL(1)文法的第一个“L”表示从左到右扫描输入字符串，第二个“L”表示采用最左推导，“1”表示每次推导仅需向前查看一个输入符号。5.下列关于语法制导翻译的描述中，正确的是（）A.语法制导翻译仅在语法分析过程中进行B.语法制导翻译的语义规则与语法规则完全独立C.语法制导翻译通过属性文法实现，属性分为综合属性和继承属性D.综合属性只能由非终结符的子结点传递给父结点答案：C。解析：语法制导翻译是在语法分析的同时进行语义分析和中间代码提供，语义规则与语法规则紧密结合；综合属性是由非终结符的子结点计算后传递给父结点，而继承属性则是由父结点或兄弟结点传递给当前结点，并非只能单向传递。6.中间代码提供阶段提供的四元式“x=a+b”对应的代码结构是（）A.(+,a,b,x)B.(x,+,a,b)C.(+,x,a,b)D.(a,+,b,x)答案：A。解析：四元式的一般形式为（运算符，运算对象1，运算对象2，结果），因此加法运算“x=a+b”对应的四元式为(+,a,b,x)。7.变量的存储分配策略中，静态存储分配适用于（）A.递归函数B.动态数组C.全局变量D.局部变量答案：C。解析：静态存储分配在编译阶段就确定变量的存储地址，适用于生命周期与程序运行周期一致的变量，如全局变量、静态局部变量；递归函数和动态数组需要动态调整存储地址，局部变量通常采用栈式存储分配。8.目标代码优化中，删除公共子表达式属于（）A.局部优化B.循环优化C.全局优化D.代码提供优化答案：A。解析：公共子表达式删除是指在基本块内，若某个表达式的值已经计算过且相关变量未被修改，则可重复使用该值，无需重新计算，属于局部优化范畴；循环优化包括强度削弱、删除归纳变量等，全局优化则涉及跨基本块的优化。9.下列关于有限自动机（FA）的描述中，错误的是（）A.确定有限自动机（DFA）的每个状态对每个输入符号有且仅有一个转移B.非确定有限自动机（NFA）的状态转移可以是多值的，甚至可以有空转移C.任何NFA都可以转化为等价的DFAD.DFA的状态数一定小于对应的NFA的状态数答案：D。解析：NFA转化为DFA时，通常采用子集构造法，DFA的状态是NFA状态的子集，因此DFA的状态数可能大于或等于NFA的状态数，例如当NFA的状态转移无不确定性时，DFA的状态数与NFA相同。10.编译程序中的错误处理，词法错误通常是指（）A.变量未声明B.括号不匹配C.使用了非法字符D.除法时除数为零答案：C。解析：词法错误是指输入字符串中存在不属于源语言字符集的字符，或字符组合不符合词法规则；变量未声明属于语义错误，括号不匹配属于语法错误，除数为零属于运行时错误。二、填空题（每题2分，共20分）1.编译程序的工作过程通常分为词法分析、______、语义分析、中间代码提供、______和目标代码提供六个阶段。答案：语法分析；代码优化。解析：编译程序的六个核心阶段按顺序为词法分析、语法分析、语义分析、中间代码提供、代码优化、目标代码提供，其中代码优化阶段可对中间代码进行等价变换，以提高目标代码的效率。2.正规式“a(b|c)d”对应的正规集是：所有以______开头、以______结尾，中间由任意个b或c组成的字符串。2.正规式“a(b|c)d”对应的正规集是：所有以______开头、以______结尾，中间由任意个b或c组成的字符串。答案：a；d。解析：正规式中“a”对应开头的单个字符a，“(b|c)”表示任意个（包括零个）b或c的组合，“d”对应结尾的单个字符d，因此正规集为{ab^nc^md|n,m≥0}，其中n和m可以为零，即中间部分可以为空。答案：a；d。解析：正规式中“a”对应开头的单个字符a，“(b|c)”表示任意个（包括零个）b或c的组合，“d”对应结尾的单个字符d，因此正规集为{ab^nc^md|n,m≥0}，其中n和m可以为零，即中间部分可以为空。3.上下文无关文法的推导中，最右推导也称为______，语法分析中的LR分析法基于______进行。答案：规范推导；规范归约。解析：最右推导是指每次推导都替换当前句型中最右边的非终结符，也称为规范推导；而LR分析法是从左到右扫描输入串，采用最左归约（即规范归约）的方式进行语法分析，最左归约是最右推导的逆过程。4.语法分析中的递归下降分析法，每个非终结符对应一个______，通过调用这些函数实现语法分析。答案：递归函数。解析：递归下降分析法是一种自顶向下的语法分析方法，对于文法中的每个非终结符，都编写一个对应的递归函数，函数体根据该非终结符的产生式，依次处理产生式右部的符号，若遇到非终结符则调用对应的函数，遇到终结符则与输入串匹配。5.语法制导翻译中，综合属性是由______的属性计算得到，继承属性是由______或兄弟结点的属性计算得到。答案：子结点；父结点。解析：综合属性是自下而上传递的属性，即非终结符的综合属性由其产生式右部的符号（子结点）的属性计算得出；继承属性是自上而下传递的属性，由其上下文（父结点或兄弟结点）的属性计算得出。6.中间代码的常见形式包括四元式、三元式、______和______。答案：间接三元式；逆波兰表示（后缀式）。解析：四元式是最常用的中间代码形式，三元式通过编号引用中间结果，间接三元式则将三元式与引用分开存储，避免重复存储相同的中间结果；逆波兰表示是将运算符置于运算对象之后，适合栈式处理。7.符号表的主要功能是记录______的信息，包括变量的类型、存储地址、作用域等。答案：源程序中各种符号（或标识符）。解析：符号表是编译程序中的重要数据结构，用于存储源程序中出现的所有标识符（变量、常量、函数、类等）的相关信息，在语义分析、中间代码提供和目标代码提供阶段都会频繁访问符号表。8.目标代码优化中，循环优化的三种基本技术是强度削弱、删除归纳变量和______。答案：代码外提。解析：代码外提是将循环内部不随循环迭代而变化的计算移到循环体外执行，避免重复计算；强度削弱是将循环中的强运算（如乘法、除法）替换为弱运算（如加法、减法）；删除归纳变量是指当循环中的某些变量的值可以通过其他变量的线性组合表示时，删除这些冗余变量。9.确定有限自动机（DFA）的五元组表示为M=(S,Σ,δ,S0,F)，其中S表示______集合，F表示______集合。答案：状态；终态（或接受态）。解析：DFA的五元组中，S是有限状态集合，Σ是输入符号集合，δ是状态转移函数，S0是初始状态，F是终态集合，即能使自动机接受输入串的状态。10.文法的二义性是指：存在某个句子，它有______种不同的______（或最左归约）。答案：至少两；最左推导。解析：上下文无关文法的二义性是指存在至少一个句子，它具有两种或两种以上不同的最左推导（或最右推导、语法树），二义性文法会导致语法分析产生歧义，因此在编译程序设计中通常需要消除文法的二义性。三、简答题（每题8分，共32分）1.简述词法分析器的主要功能，并说明词法分析器的两种实现方式及其优缺点。答案：词法分析器的主要功能是将输入的源程序字符串分解为一个个具有独立语法意义的单词符号（token），同时过滤掉注释、空格等无用字符，并识别出错误的词法结构。词法分析器的两种实现方式及优缺点如下：（1）手工编码实现：通过编写C、Java等高级语言代码实现词法分析逻辑，通常使用状态机的思想，将词法规则转化为状态转移代码。优点是代码执行效率高，可灵活处理各种特殊情况，对内存资源消耗较小；缺点是开发周期长，维护难度大，当词法规则发生变化时，需要修改大量代码，且容易出现逻辑错误。（2）自动提供工具实现：使用Lex或Flex等自动提供工具，通过编写正规式描述词法规则，工具会自动提供词法分析器的代码。优点是开发效率高，词法规则的修改和扩展方便，代码的可读性和维护性好；缺点是提供的代码执行效率略低于手工编码实现，且对于一些复杂的词法规则（如嵌套结构的注释），需要编写复杂的正规式或结合辅助代码处理。2.什么是上下文无关文法的二义性？消除文法二义性的常见方法有哪些？答案：上下文无关文法的二义性是指：存在至少一个句子，它具有两种或两种以上不同的最左推导（或最右推导、语法树）。即同一个句子可以被文法以多种不同的方式推导出来，导致语法分析的结果不唯一。消除文法二义性的常见方法有：（1）改写文法：通过修改文法的产生式规则，消除导致二义性的结构。例如，对于表达四则运算的二义性文法E→E+E|EE|(E)|i，可以通过引入优先级和结合性规则，改写为E→E+T|T，T→TF|F，F→(E)|i，从而消除二义性。（1）改写文法：通过修改文法的产生式规则，消除导致二义性的结构。例如，对于表达四则运算的二义性文法E→E+E|EE|(E)|i，可以通过引入优先级和结合性规则，改写为E→E+T|T，T→TF|F，F→(E)|i，从而消除二义性。（2）增加语法规则：在文法中明确规定优先级和结合性，例如规定乘法的优先级高于加法，加法和乘法都具有左结合性，从而在语法分析过程中优先选择符合优先级和结合性的推导。（3）使用语法制导的方法：在语法分析过程中结合语义信息，通过语义规则消除二义性。例如，对于if-else语句的二义性文法，规定else与最近的未匹配的if结合，从而在分析时确定唯一的语法结构。3.简述语法制导翻译中属性文法的定义，并说明综合属性和继承属性的区别。答案：属性文法是上下文无关文法的扩展，它在文法的每个符号（终结符和非终结符）上附加了若干属性，同时为每个产生式定义了一组语义规则，用于计算相关属性的值。属性文法的核心是通过语法推导的过程，同步计算属性值，从而实现语义分析和中间代码提供。综合属性和继承属性的区别主要体现在以下几个方面：（1）传递方向：综合属性是自下而上传递的，即非终结符的综合属性由其产生式右部的符号（子结点）的属性计算得出；继承属性是自上而下传递的，即非终结符的继承属性由其上下文（父结点或兄弟结点）的属性计算得出。（2）计算时机：综合属性在自顶向下语法分析中，通常在完成子结点的属性计算后再计算父结点的综合属性；在自底向上语法分析中，综合属性随着归约过程逐步计算。继承属性则在自顶向下语法分析中，在展开非终结符之前，由父结点或兄弟结点的属性值初始化；在自底向上语法分析中，需要通过模拟自上而下的传递过程来计算。（3）用途：综合属性主要用于表示符号的语义值，例如表达式的求值结果、变量的类型等；继承属性主要用于传递上下文信息，例如变量的作用域、函数的参数类型等。4.目标代码优化的三个级别分别是什么？请简要说明每个级别的优化内容。答案：目标代码优化通常分为三个级别：局部优化、循环优化和全局优化。（1）局部优化：是在单个基本块内进行的优化，基本块是指只有一个入口和一个出口的连续代码序列，内部不存在分支和跳转。局部优化的主要内容包括删除公共子表达式、删除无用赋值、常量合并、常量传播、代码移动等。例如，在一个基本块内若存在“x=a+b”和“y=a+b”，且a和b的值在中间未被修改，则可将第二个表达式替换为“y=x”，从而删除公共子表达式。（2）循环优化：是对循环结构内的代码进行的优化，循环程序是程序中耗时最多的部分，因此循环优化对提高程序运行效率至关重要。循环优化的主要内容包括代码外提、强度削弱、删除归纳变量、循环展开、循环合并等。例如，将循环内部不随循环迭代变化的计算（如“n=100;for(i=0;i<n;i++)”中的n=100）移到循环体外，避免每次循环都重复计算。（3）全局优化：是在整个程序的控制流图上进行的优化，涉及多个基本块之间的代码变换。全局优化的主要内容包括全局公共子表达式删除、全局常量传播、删除无用代码、函数内联、循环外提等。例如，在多个基本块中都存在相同的公共子表达式，且该表达式的计算结果在各基本块之间未被修改，则可将其计算结果统一存储并复用。四、综合题（每题14分，共28分）1.给定正规式r=(a|b)abb，要求：1.给定正规式r=(a|b)abb，要求：（1）构造该正规式对应的非确定有限自动机（NFA）；（2）将构造的NFA转化为等价的确定有限自动机（DFA）；（3）将DFA最小化。答案：（1）构造NFA：根据正规式到NFA的转换规则，逐步构造如下：首先处理“a|b”，构造NFAM1：初始状态S0，经过ε转移到状态S1，S1在输入a或b时转移到S2，S2经过ε转移到终态S3。处理“(a|b)”，即M1的闭包，构造NFAM2：初始状态S0'，经过ε转移到S0，S3经过ε转移到S0，同时S3经过ε转移到新的状态S4，S4为M2的终态。处理“(a|b)”，即M1的闭包，构造NFAM2：初始状态S0'，经过ε转移到S0，S3经过ε转移到S0，同时S3经过ε转移到新的状态S4，S4为M2的终态。处理“abb”，构造NFAM3：初始状态S5，输入a转移到S6，输入b转移到S7，输入b转移到S8，S8为终态。合并M2和M3，构造最终的NFAM：初始状态为S0'，M2的终态S4经过ε转移到M3的初始状态S5，M3的终态S8为M的终态。最终NFA的状态集合为{S0',S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8}，输入符号集为{a,b}，转移函数δ如下：δ(S0',ε)={S0}δ(S0,ε)={S1}δ(S1,a)={S2},δ(S1,b)={S2}δ(S2,ε)={S3}δ(S3,ε)={S0,S4}δ(S4,ε)={S5}δ(S5,a)={S6}δ(S6,b)={S7}δ(S7,b)={S8}其余状态转移均为空集，初始状态为S0'，终态为{S8}。（2）将NFA转化为DFA：采用子集构造法，逐步计算DFA的状态：初始状态I0=ε-closure(S0')={S0',S0,S1}对I0输入a：δ(I0,a)=ε-closure(δ(S0',a)∪δ(S0,a)∪δ(S1,a))=ε-closure(∅∪∅∪{S2})={S2,S3,S0,S1,S4,S5}，记为I1对I0输入b：δ(I0,b)=ε-closure(δ(S0',b)∪δ(S0,b)∪δ(S1,b))=ε-closure(∅∪∅∪{S2})={S2,S3,S0,S1,S4,S5}，即I1对I1输入a：δ(I1,a)=ε-closure(δ(S2,a)∪δ(S3,a)∪δ(S0,a)∪δ(S1,a)∪δ(S4,a)∪δ(S5,a))=ε-closure(∅∪∅∪∅∪{S2}∪∅∪{S6})={S2,S3,S0,S1,S4,S5,S6}，记为I2对I1输入b：δ(I1,b)=ε-closure(δ(S2,b)∪δ(S3,b)∪δ(S0,b)∪δ(S1,b)∪δ(S4,b)∪δ(S5,b))=ε-closure(∅∪∅∪∅∪{S2}∪∅∪∅)={S2,S3,S0,S1,S4,S5}，即I1对I2输入a：δ(I2,a)=ε-closure(δ(S2,a)∪δ(S3,a)∪δ(S0,a)∪δ(S1,a)∪δ(S4,a)∪δ(S5,a)∪δ(S6,a))=ε-closure(∅∪∅∪∅∪{S2}∪∅∪{S6}∪∅)={S2,S3,S0,S1,S4,S5,S6}，即I2对I2输入b：δ(I2,b)=ε-closure(δ(S2,b)∪δ(S3,b)∪δ(S0,b)∪δ(S1,b)∪δ(S4,b)∪δ(S5,b)∪δ(S6,b))=ε-closure(∅∪∅∪∅∪{S2}∪∅∪∅∪{S7})={S2,S3,S0,S1,S4,S5,S7}，记为I3对I3输入a：δ(I3,a)=ε-closure(δ(S2,a)∪δ(S3,a)∪δ(S0,a)∪δ(S1,a)∪δ(S4,a)∪δ(S5,a)∪δ(S7,a))=ε-closure(∅∪∅∪∅∪{S2}∪∅∪{S6}∪∅)={S2,S3,S0,S1,S4,S5,S6}，即I2对I3输入b：δ(I3,b)=ε-closure(δ(S2,b)∪δ(S3,b)∪δ(S0,b)∪δ(S1,b)∪δ(S4,b)∪δ(S5,b)∪δ(S7,b))=ε-closure(∅∪∅∪∅∪{S2}∪∅∪∅∪{S8})={S2,S3,S0,S1,S4,S5,S8}，记为I4对I4输入a：δ(I4,a)=ε-closure(δ(S2,a)∪δ(S3,a)∪δ(S0,a)∪δ(S1,a)∪δ(S4,a)∪δ(S5,a)∪δ(S8,a))=ε-closure(∅∪∅∪∅∪{S2}∪∅∪{S6}∪∅)={S2,S3,S0,S1,S4,S5,S6}，即I2对I4输入b：δ(I4,b)=ε-closure(δ(S2,b)∪δ(S3,b)∪δ(S0,b)∪δ(S1,b)∪δ(S4,b)∪δ(S5,b)∪δ(S8,b))=ε-closure(∅∪∅∪∅∪{S2}∪∅∪∅∪∅)={S2,S3,S0,S1,S4,S5}，即I1最终得到DFA的状态集合为{I0,I1,I2,I3,I4}，其中I4为终态（包含NFA的终态S8），状态转移函数如下：δ(I0,a)=I1,δ(I0,b)=I1δ(I1,a)=I2,δ(I1,b)=I1δ(I2,a)=I2,δ(I2,b)=I3δ(I3,a)=I2,δ(I3,b)=I4δ(I4,a)=I2,δ(I4,b)=I1（3）DFA最小化：采用状态划分法，初始将状态分为终态组F={I4}和非终态组N={I0,I1,I2,I3}。检查非终态组N：I0输入a和b均转移到I1，I1输入a转移到I2，输入b转移到I1；I2输入a转移到I2，输入b转移到I3；I3输入a转移到I2，输入b转移到I4（终态）。由于I3输入b转移到终态组F，而I0、I1、I2输入b均转移到非终态组，因此将N划分为N1={I0,I1,I2}和N2={I3}。检查N1={I0,I1,I2}：I0输入a和b均转移到I1（属于N1）；I1输入a转移到I2（属于N1），输入b转移到I1（属于N1）；I2输入a转移到I2（属于N1），输入b转移到I3（属于N2）。由于I2输入b转移到N2，而I0和I1输入b转移到N1，因此将N1划分为N11={I0,I1}和N12={I2}。检查N11={I0,I1}：I0输入a和b均转移到I1（属于N11）；I1输入a转移到I2（属于N12），输入b转移到I1（属于N11）。由于I0输入a转移到I1，而I1输入a转移到I2，转移目标所属的组不同，因此将N11划分为{N0}={I0}和{N1}={I1}。此时所有组为{I0},{I1},{I2},{I3},{I4}，每个组内的状态输入相同符号时，转移目标都属于同一个组，划分完成。最小化后的DFA状态为{A,B,C,D,E}，其中A对应I0，B对应I1，C对应I2，D对应I3，E对应I4，状态转移函数为：δ(A,a)=B,δ(A,b)=Bδ(B,a)=C,δ(B,b)=Bδ(C,a)=C,δ(C,b)=Dδ(D,a)=C,δ(D,b)=Eδ(E,a)=C,δ(E,b)=B终态为E。2.给定上下文无关文法G：S→aSbS|bSaS|ε要求：（1）判断该文法是否为二义性文法，并说明理由；（2）构造该文法对应的语法树，说明句子abab的最左推导和最右推导过程；（3）描述该文法产生的语言。答案：（1）该文法是二义性文法。理由如下：存在句子abab，它具有两种不同的最左推导（或最右推导、语法树）。例如，最左推导1：S⇒aSbS⇒abSaSbS⇒abεaSbS⇒abaSbS⇒ababSbS⇒ababεbS⇒ababεε⇒abab；最左推导2：S⇒aSbS⇒abSbS⇒ababSbS⇒ababεbS⇒ababεε⇒abab（此处需修正，正确的两种最左推导应为：推导1：S→aSbS→abSbS（S→bS中的S→ε）→ababS（S→aS中的S→ε）→abab；推导2：S→aSbS→aSbε（S→ε）→abSaSbε（S→bSaS中的S→aSbS）→abεaSbε→abaSbε→ababε→abab）。由