本書是全國電子信息類優(yōu)秀教材和華中科技大學優(yōu)秀教學成果，根據(jù)高等學校"編譯原理”課程教學基本要求編寫。全書系統(tǒng)介紹了編譯程序的一般構(gòu)造原理、基本設(shè)計方法和主要實現(xiàn)技術(shù)。內(nèi)容包括：文法和語言基本知識、詞法分析程序的設(shè)計原理與構(gòu)造方法、各種語法分析技術(shù)、語法制導翻譯技術(shù)與中間代碼生成、符號表的組織和管理、代碼優(yōu)化、運行時存儲空間的組織與管理、目標代碼生成、并行編譯技術(shù)基本常識等。 本書系統(tǒng)性強、概念清晰，內(nèi)容簡明通俗，每章配有本章學習導讀、本章小結(jié)、自測練習題和習題。附錄給出了自測練習題與習題參考答案及編譯程序?qū)嶒灥�，本書還免費提供電子課件和實驗源代碼。 本書可作為高等學校計算機專業(yè)本科生教材，也可作為成人教育本科和專升本學生的教材，對相關(guān)工程技術(shù)人員也有參考價值。
劉銘，華中科技大學信息安全專業(yè)博士（2010），碩導，美國雪城大學訪問學者。華中科技大學系統(tǒng)與軟件安全團隊（湖北省青年五四獎章集體，2023）成員，長期從事計算機系統(tǒng)軟件、軟件安全研究，參與國家自然科學基金項目5項，獲得相關(guān)專利10余項，主持教育部產(chǎn)學研協(xié)同育人項目1項，參與并獲得獲湖北省科技進步一等獎1項（2022），省部級教學成果二等獎1項（2022），主編教材3部。
第 1 章 編譯概述 ……………………………………………………………………………… 1
1. 1 翻譯程序與編譯程序 ……………………………………………………………………… 1
1.2 編譯過程和編譯程序的基本結(jié)構(gòu) ………………………………………………………… 2
1.3 編譯程序的生成方法 ……………………………………………………………………… 5
1. 4 編譯技術(shù)在軟件開發(fā)中的應用 …………………………………………………………… 6
本章小結(jié) ……………………………………………………………………………………… 7
擴展閱讀 ……………………………………………………………………………………… 7
自測練習題 1 ………………………………………………………………………………… 7
習題 1 …………………………………………………………………………………………8
第 2 章 文法和語言的基本知識 ………………………………………………………………9
2. 1 概述 ……………………………………………………………………………………… 9
2.2 字母表和符號串的基本概念 ……………………………………………………………… 9
2.2.1 字母表和符號串 …………………………………………………………………… 9
2.2.2 符號串的運算 …………………………………………………………………… 10
2.3 文法和語言的形式定義 ………………………………………………………………… 11
2.3.1 形式語言 ………………………………………………………………………… 11
2.3.2 文法的形式定義…………………………………………………………………… 12
2.3.3 語言的形式定義…………………………………………………………………… 15
2.3. 4 規(guī)范推導和規(guī)范歸約 ……………………………………………………………… 17
2.3.5 遞歸規(guī)則與文法的遞歸性 ………………………………………………………… 19
2.4 短語、 直接短語和句柄 ………………………………………………………………… 20
2. 4. 1 短語和直接短語…………………………………………………………………… 20
2.4.2 句柄 ……………………………………………………………………………… 20
2.5 語法樹與文法的二義性 ………………………………………………………………… 21
2.5.1 推導和語法樹 …………………………………………………………………… 21
2.5.2 文法的二義性 …………………………………………………………………… 23
2.5.3 文法二義性的消除 ………………………………………………………………… 24
2.6 文法和語言的分類 ……………………………………………………………………… 25
2.7 有關(guān)文法的實用限制和變換 ……………………………………………………………… 27
本章小結(jié) ……………………………………………………………………………………… 28
擴展閱讀 ……………………………………………………………………………………… 29
自測練習題 2 ………………………………………………………………………………… 29
習題 2 …………………………………………………………………………………………32
第 3 章 詞法分析與有窮自動機……………………………………………………………… 34
3.1 詞法分析程序的功能 …………………………………………………………………… 34
3. 2 單詞符號及輸出單詞的形式 ……………………………………………………………… 34
3.2. 1 語言的單詞符號…………………………………………………………………… 35
3. 2.2 詞法分析程序輸出單詞的形式 …………………………………………………… 35
3.3 語言單詞符號的兩種定義方式 …………………………………………………………… 36
3. 3. 1 正規(guī)式與正規(guī)集…………………………………………………………………… 36
3. 3. 2 正規(guī)文法與正規(guī)式 ………………………………………………………………… 37
3.4 正規(guī)式與有窮自動機 …………………………………………………………………… 40
3.4. 1 確定有窮自動機 (DFA) ………………………………………………………… 40
3. 4.2 非確定有窮自動機 (NFA) ……………………………………………………… 41
3. 4. 3 由正規(guī)表達式 R 構(gòu)造 NFA ………………………………………………………… 42
3. 4. 4 NFA 確定化為 DFA 的方法 ………………………………………………………… 43
3. 4.5 DFA 的化簡 ……………………………………………………………………… 46
3.4. 6 有窮自動機到正規(guī)式的轉(zhuǎn)換 ……………………………………………………… 48
3.5 正規(guī)文法與有窮自動機 ………………………………………………………………… 49
3.5.1 右線性正規(guī)文法到有窮自動機的轉(zhuǎn)換方法 ………………………………………… 49
3. 5. 2 左線性正規(guī)文法到有窮自動機的轉(zhuǎn)換方法 ………………………………………… 50
3. 5.3 有窮自動機到正規(guī)文法的轉(zhuǎn)換方法………………………………………………… 50
3.6 詞法分析程序的編寫方法………………………………………………………………… 51
本章小結(jié) ……………………………………………………………………………………… 56
擴展閱讀 ……………………………………………………………………………………… 57
自測練習題 3 ………………………………………………………………………………… 58
習題 3 …………………………………………………………………………………………59
第 4 章 語法分析 ……………………………………………………………………………… 62
4. 1 語法分析程序的功能 …………………………………………………………………… 62
4.2 自上而下分析法 ………………………………………………………………………… 63
4.2. 1 非確定的自上而下分析法的思想 ………………………………………………… 63
4. 2.2 文法的左遞歸性和回溯的消除 …………………………………………………… 64
4. 2.3 某些非 LL(1)文法到 LL(1)文法的改寫 …………………………………………… 67
4.2.4 遞歸下降分析法…………………………………………………………………… 69
4. 2. 5 預測分析法與預測分析表的構(gòu)造 ………………………………………………… 71
4. 3 自下而上分析法的一般原理 ……………………………………………………………… 73
4.4 算符優(yōu)先分析法 ………………………………………………………………………… 74
4.4. 1 方法概述 ………………………………………………………………………… 74
4. 4.2 算符優(yōu)先文法的定義 ……………………………………………………………… 75
4.4.3 算符優(yōu)先關(guān)系表的構(gòu)造 …………………………………………………………… 76
4.4.4 算符優(yōu)先分析算法的設(shè)計 ………………………………………………………… 77
4.4. 5 優(yōu)先函數(shù)的構(gòu)造…………………………………………………………………… 80
4.4.6 算符優(yōu)先分析法的局限性 ………………………………………………………… 82
4.5 LR 分析法 ……………………………………………………………………………… 82
4.5.1 LR 分析器的工作原理和過程 ……………………………………………………… 82
4. 5.2 LR(0)分析法 …………………………………………………………………… 85
4. 5. 3 SLR(1)分析法 …………………………………………………………………… 89
4.5.4 LR(1)分析法 …………………………………………………………………… 93
4.5.5 LALR(1)分析法 ………………………………………………………………… 96
4.5.6 LR 分析法對二義性文法的應用 …………………………………………………… 99
4. 5.7 LR 語法分析中的錯誤恢復技術(shù)…………………………………………………… 100
4.6 語法分析程序的編寫方法 ……………………………………………………………… 103
本章小結(jié) …………………………………………………………………………………… 104
擴展閱讀 …………………………………………………………………………………… 105
自測練習題 4 ………………………………………………………………………………… 106
習題 4 ………………………………………………………………………………………108
第 5 章 語法制導翻譯技術(shù)和中間代碼生成 …………………………………………………111
5. 1 概述 …………………………………………………………………………………… 111
5.2 屬性文法 ……………………………………………………………………………… 111
5.3 語法制導翻譯概述 ……………………………………………………………………… 114
5.4 中間語言 ……………………………………………………………………………… 115
5.4.1 逆波蘭式 ………………………………………………………………………… 115
5.4.2 三元式和樹形表示 ……………………………………………………………… 116
5.4.3 四元式和三地址代碼 …………………………………………………………… 118
5.5 自下而上語法制導翻譯 ………………………………………………………………… 118
5.5.1 簡單算術(shù)表達式和賦值語句的翻譯 ……………………………………………… 118
5.5.2 布爾表達式的翻譯 ……………………………………………………………… 120
5.5.3 控制語句的翻譯 ………………………………………………………………… 126
5.5.4 循環(huán)語句的翻譯 ………………………………………………………………… 129
5.5.5 簡單說明語句的翻譯 …………………………………………………………… 130
5.5.6 含數(shù)組元素的賦值語句的翻譯 …………………………………………………… 131
5.5.7 過程和函數(shù)調(diào)用語句的翻譯 ……………………………………………………… 134
5.6 遞歸下降語法制導的翻譯 ……………………………………………………………… 136
本章小結(jié) …………………………………………………………………………………… 137
擴展閱讀 …………………………………………………………………………………… 138
自測練習題 5 ………………………………………………………………………………… 138
習題 5 ………………………………………………………………………………………139
第 6 章 符號表的組織與管理 …………………………………………………………………141
6. 1 符號表的作用…………………………………………………………………………… 141
6.2 符號表的組織…………………………………………………………………………… 143
6.3 符號表的建立和查找 …………………………………………………………………… 146
本章小結(jié) …………………………………………………………………………………… 149
擴展閱讀 …………………………………………………………………………………… 149
自測練習題 6 ………………………………………………………………………………… 149
習題 6 ………………………………………………………………………………………150
第 7 章 代碼優(yōu)化 ………………………………………………………………………………151
7.1 優(yōu)化概述 ……………………………………………………………………………… 151
7.2 局部優(yōu)化 ……………………………………………………………………………… 155
7.2. 1 劃分基本塊的方法 ……………………………………………………………… 155
7.2.2 基本塊的 DAG 表示 ……………………………………………………………… 155
7.2.3 利用 DAG 進行基本塊的優(yōu)化處理 ………………………………………………… 159
7. 3 循環(huán)優(yōu)化 ……………………………………………………………………………… 160
7.3.1 程序流圖與循環(huán) ………………………………………………………………… 161
7.3.2 循環(huán)查找 ………………………………………………………………………… 162
7.3. 3 循環(huán)優(yōu)化 ………………………………………………………………………… 164
7.4 窺孔優(yōu)化 ……………………………………………………………………………… 168
本章小結(jié) …………………………………………………………………………………… 170
擴展閱讀 …………………………………………………………………………………… 171
自測練習題 7 ………………………………………………………………………………… 171
習題 7 ………………………………………………………………………………………172
第 8 章 運行時的存儲組織與管理…………………………………………………………… 173
8.1 概述 …………………………………………………………………………………… 173
8. 2 靜態(tài)存儲分配…………………………………………………………………………… 174
8.3 棧式存儲分配…………………………………………………………………………… 175
8.3.1 簡單棧式存儲分配 ……………………………………………………………… 175
8.3.2 嵌套過程的棧式存儲分配 ………………………………………………………… 176
8.4 堆式存儲分配…………………………………………………………………………… 178
8.5 臨時變量的存儲分配 …………………………………………………………………… 179
本章小結(jié) …………………………………………………………………………………… 179
擴展閱讀 …………………………………………………………………………………… 180
自測練習題 8 ………………………………………………………………………………… 180
習題 8 ………………………………………………………………………………………180
第 9 章 目標代碼生成 …………………………………………………………………………182
9. 1 概述 …………………………………………………………………………………… 182
9. 2 假想的計算機模型 ……………………………………………………………………… 182
9.3 簡單代碼生成器 ………………………………………………………………………… 183
9.3.1 待用信息與活躍信息 …………………………………………………………… 183
9. 3.2 代碼生成算法 …………………………………………………………………… 185
9.3. 3 寄存器的分配 …………………………………………………………………… 186
9.4 代碼生成器的自動生成技術(shù) …………………………………………………………… 186
本章小結(jié) …………………………………………………………………………………… 187
擴展閱讀 …………………………………………………………………………………… 187
自測練習題 9 ………………………………………………………………………………… 187
習題 9 ………………………………………………………………………………………187
第 10 章 并行編譯技術(shù)基本常識 ……………………………………………………………189
10. 1 并行編譯技術(shù)的引入…………………………………………………………………… 189
10. 2 并行編譯系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu) …………………………………………………………… 190
10.2.1 并行編譯系統(tǒng)的功能 …………………………………………………………… 190
10.2.2 并行編譯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) …………………………………………………………… 190
10. 3 向量語言編譯技術(shù) …………………………………………………………………… 191
10. 3.1 向量語法處理…………………………………………………………………… 191
10.3.2 向量結(jié)構(gòu)優(yōu)化…………………………………………………………………… 191
10.4 共享存儲器并行機并行編譯技術(shù) ……………………………………………………… 192
10.4. 1 預編譯 ………………………………………………………………………… 192
10.4.2 可再入的目標代碼 ……………………………………………………………… 192
本章小結(jié) …………………………………………………………………………………… 193
習題 10 ………………………………………………………………………………………193
附錄 A 詞法分析程序生成器 Lex ………………………………………………………… 194
A.1 詞法分析程序生成器 Lex 簡介 ………………………………………………………… 194
A.2 Lex 輸入文件的格式 …………………………………………………………………… 195
A.3 正規(guī)表達式的 Lex 約定 ………………………………………………………………… 197
A.4 Lex 源程序中的規(guī)則部分 ……………………………………………………………… 199
A. 5 Flex 的命令選項………………………………………………………………………… 201
A.6 Lex 程序示例 ……………………………………………………………………………202
附錄 B 語法分析程序生成器 YACC ………………………………………………………203
B. 1 語法分析程序 YACC 簡介 ……………………………………………………………… 203
B.2 YACC 輸入文件的格式 ………………………………………………………………… 203
B.3 YACC 各部分的書寫格式 ……………………………………………………………… 204
B. 3. 1 定義部分………………………………………………………………………… 204
B. 3.2 規(guī)則部分………………………………………………………………………… 207
B.3.3 輔助程序部分 …………………………………………………………………… 209
B.4 YACC 的內(nèi)置名稱和定義機制…………………………………………………………… 209
B.5 Flex 與 Bison 的聯(lián)合使用 ………………………………………………………………209
附錄 C 編譯程序?qū)嶒?…………………………………………………………………………212
C.1 詞法分析 ……………………………………………………………………………… 212
C.1.1 實驗目的………………………………………………………………………… 212
C.1.2 實驗要求………………………………………………………………………… 212
C.1.3 詞法分析程序的算法思想………………………………………………………… 213
C.1.4 詞法分析程序的 C 語言程序框架 ………………………………………………… 214
C. 2 語法分析 ……………………………………………………………………………… 219
C.2. 1 實驗目的………………………………………………………………………… 219
C.2.2 實驗要求………………………………………………………………………… 219
C.2.3 語法分析程序的算法思想………………………………………………………… 219
C 2.4 語法分析程序的 C 語言程序框架 ………………………………………………… 221
C.3 語義分析 ……………………………………………………………………………… 222
C.3.1 實驗目的………………………………………………………………………… 222
C.3.2 實驗要求………………………………………………………………………… 222
C.3.3 語義分析程序的 C 語言程序框架 ………………………………………………… 223
C.4 算符優(yōu)先分析法………………………………………………………………………… 225
C.5 實驗實例 ……………………………………………………………………………… 226
C.6 正規(guī)式轉(zhuǎn)換成自動機的圖形表示………………………………………………………… 244
C.6.1 實驗目的………………………………………………………………………… 244
C. 6.2 實驗要求………………………………………………………………………… 244
C.6.3 參考設(shè)計思路 …………………………………………………………………… 244
C.6.4 參考算法 …………………………………………………………………………245
附錄 D 自測練習題與習題參考答案 …………………………………………………………248
參考文獻………………………………………………………………………………………… 269
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