First-编译原理课程简介

First-课程简介

什么是编译器

• 是一个软件程序
• 核心功能：源代码（C/C++/Objcet-C/JAVA） -> 目标代码(x86/IA64/ARM/MIPS)
• 运用流程：源代码 -> 编译器 -> 目标代码 -> 计算机 -> 计算结果

编译器带来的好处及其影响

• 好处：减少程序员工作的代码量
• 编译器对计算机科学的发展的影响：
  
  • 理论上：算法、数据结构、形式语言与自动机等
  • 实践上：软件工程、体系结构等
  • 编译器架构

为什么学习编译原理及如何学好

• 为何学：
  
  • 编译原理包含计算机科学的很多核心思想，如算法、数据结构、软件工程等。
  • 编译器是其他研究的重要基础
  • 可以设计出优秀的新语言
  • 大型软件的构造及维护的需要
• 如何学：
  
  • 注重解决实际问题
  • 巩固理论知识：数据结构、算法等核心思想

编译器结构

• 模块化结构，各模块有各模块的功能
  
  • 前端：负责与源代码交互
  • 后端：负责与目标代码交互
• 分阶段“流水线结构”：不同阶段处理不同的问题，如何合理规划组织各个阶段是编译器设计中非常重要的问题，关乎编译器的实现及维护的难易
  
  • 源代码 -> 前端 -> 中间表示 -> 后端 -> 目标代码

编译器例子

• 源语言：加法表达式语言Sum
  
  • 整型数字：n
  • 加法：e1+e2
• 目标机器：栈式计算机Stack
  
  • 一个操作数栈
  • 两条指令
  • 压栈指令：push n
  • 加法指令：add
• 把编译程序1+2+3到栈式计算机的步骤：
• 词法语法分析
  
  • 读入1，符合第一条规则
  • 读入+，符合第二条规则
  • 读入2，符合第一条规则
  • 读入+，符合第二条规则
  • 读入3，符合第一条规则
• 语法树构建：某种数据结构

• 后序遍历，代码生成：
  
  • push 1;
  • push 2;
  • add;
  • push 3;
  • add;
• 栈式计算机动态执行得到结果
  
  • 头指针指向栈底
  • 读入一条指令push 1,把1压进栈底，指针指向1
  • 读入一条指令push 2,把2压进栈底，指针指向2
  • 读入一条指令add,把1、2弹出栈，计算结果压入栈，指针指向压入的结果
  • 读入一条指令push 3,把3压进栈底，指针指向3
  • 读入一条指令add,把结果、3弹出栈，计算结果后压入栈，指针指向压入的结果
  • 至此，栈里只剩下一个元素，即是执行结果
• 其中代码优化（常量折叠优化）