編譯原理代碼塊

A. 編譯原理

編譯原理是計算機科學中的一慎昌門重要課程，主要研究如段配何將高級程序語言轉化為機器語言寬燃扒的過程。它涉及到多個領域，如語言學、數學、計算機硬體和操作系統等。編譯器是實現這一過程的關鍵工具，它可以將程序源代碼轉化為可執行的機器代碼。

B. 代碼優化的局部優化

在編譯原理中,局部優化指在程序的一個基本塊內進行的優化。 第1步：確定每個基本塊的入口語句。
根據基本塊的結構特點，它的入口語句是下述三種類型的語句之一:⑴ 程序的第一個語句；⑵ 由條件轉移語句或無條件轉移語句轉移 到的語句；⑶ 緊跟在條件轉移或無條件轉移後面的語句。
第2步：根據確定的基本塊的入口語句，構造其所屬的基本塊。
⑴ 由該入口語句直到下一個入口語句(不包含下一個入口語句)之間的所有語句構成一個基本塊；⑵ 由該入口語句到程序中的停止或暫停語句或最後一個語句(包含該停止或暫停或最後語句)之間的語句序列組成的。
第3步：凡是未包含在基本塊中的語句，都是程序的控制流不可到達的語句，直接從程序中刪除。

C. 編譯原理有有符號un-1.u=un嗎

編譯程序把源程序翻譯為目標程序。根據源程序的語言種類，翻譯程序可以分為匯編程序與編譯程序。與之相對，解釋程序是對源程序進行解釋執行的程序。相應的可以將高級語言分為

編譯型 C/C++, Swift, etc.
解釋型 Python, javascript, etc.
混合型 Java, etc.
本文重點放在編譯程序的設計上。典型的編譯程序具有 7 77 個邏輯部分

對源程序掃描一次被稱為一遍 (pass)。典型的一遍掃描編譯程序有如下形式

通常將中間代碼生成前的分析部分稱為編譯器的前端，其後的綜合部分則被稱為後端。這樣就把一個編譯程序分為了與源語言相關和與目標機有關的兩個獨立的部分，降低了程序的耦合。假設 llvm 編譯器 支持 M MM 種源語言到 N NN 種目標語言的編譯
傳統的編譯器如 gcc 可能需要開發 M × N M \times NM×N 個不同的子模塊。而 llvm 使用統一的中間語言 llvm Intermediate Representation 只需要 M MM 個前端與 N NN 個後端，大大降低了開發成本。

文法
設非空有窮集合 Σ \SigmaΣ 為一字母表，則其上的符號串為 ∀ s ∈ Σ ∗ \forall s \in \Sigma^*∀s∈Σ
∗
，其中 ∗ *∗ 表示集合的閉包。特別的記 Σ 0 = ε \Sigma^0 = {\varepsilon}Σ
0
=ε 為空串組成的集合。規則通常寫作

U : : = x  or  U → x , ∣ U ∣ = 1 , ∣ x ∣ ≥ 0 U ::= x\text{ or }U\rightarrow x,\quad |U| = 1, |x| \ge 0U::=x or U→x,∣U∣=1,∣x∣≥0

其中左部 U UU 是符號，右部 x xx 是有窮符號串。規則的集合 P PP 即可確定一個文法 G GG

<程序> ::= <常量說明><變數說明><函數說明>
<常量說明> ::= {const<常量定義>;}
<常量定義> ::= int<標識符>=<整數>{,<標識符>=<整數>}|char<標識符>=<字元>{,<標識符>=<字元>}
<變數說明> ::= {<類型標識符><變數定義>;}
<變數定義> ::= <標識符>[<下標>]{,<標識符>[<下標>]}
<下標> ::= '['<無符號整數>']' // <無符號整數>表示數組元素的個數，其值需大於0
<函數說明> ::= {(<類型標識符>|void)<函數定義>}void<主函數>
<函數定義> ::= <標識符>'('<參數表>')'<復合語句>
<參數表> ::= [<類型標識符><標識符>{,<類型標識符><標識符>}]
<主函數> ::= main'('')'<復合語句>

<復合語句> ::= '{'<常量說明><變數說明>{<語句>}'}'
<語句> ::= <條件語句>|'{'{<語句>}'}'|<函數調用語句>;|<賦值語句>;|<讀語句>;|<寫語句>;|<返回語句>;|;
<條件語句> ::= <if語句>|<while語句>|<do語句>|<for語句>
<if語句> ::= if'('<條件>')'<語句>[else<語句>]
<while語句> ::= while'('<條件>')'<語句>
<do語句> ::= do<語句>while'('<條件>')'
<for語句> ::= for'('<標識符>=<表達式>;<條件>;<標識符>=<標識符><加法運算符><無符號整數>')'<語句>
<條件> ::= <表達式>[<關系運算符><表達式>] // 表達式為0條件為假，否則為真
<函數調用語句> ::= <標識符>'('[<表達式>{,<表達式>}]')'
<賦值語句> ::= <標識符>['['<表達式>']']=<表達式>
<讀語句> ::= scanf'('<標識符>{,<標識符>}')'
<寫語句> ::= printf'('<字元串>[,<表達式>]')'|printf'('<表達式>')'
<返回語句> ::= return['('<表達式>')']

<表達式> ::= [<加法運算符>]<項>{<加法運算符><項>} // [+|-]只作用於第一個<項>
<項> ::= <因子>{<乘法運算符><因子>}
<因子> ::= <標識符>['['<表達式>']']|'('<表達式>')'|<整數>|<字元>|<函數調用語句>
<整數> ::= [<加法運算符>]<無符號整數>

<標識符> ::= <字母>{<字母>|<數字>}
<無符號整數> ::= <非零數字>{<數字>}|0
<數字> ::= 0|<非零數字>
<非零數字> ::= 1|...|9
<字元> ::= '<加法運算符>'|'<乘法運算符>'|'<字母>'|'<數字>'
<字元串> ::= "{十進制編碼為32,33,35-126的ASCII字元}"
<類型標識符> ::= int|char
<加法運算符> ::= +|-
<乘法運算符> ::= *|/
<關系運算符> ::= <|<=|>|>=|!=|==
<字母> ::= _|a|...|z|A|...|Z
復制

上述文法使用擴充的 BNF 表示法進行描述

符號 定義 說明
∣ \vert∣ 或 作用域由括弧限定
{ t } n m \{t\}^m_n{t}
n
m
​
將 t tt 重復連接 n ∼ m n \sim mn∼m 次 預設時 m = ∞ ,   n = 0 m = \infin,\ n = 0m=∞, n=0
[ t ] [t][t] 符號串 t tt 可有可無 等價於 { t } 1 \{t\}^1{t}
1

( t ) (t)(t) 局部作用域 主要用於限定 ∣ \vert∣ 范圍
相關概念有

概念 符號 定義 示例
識別符號 Z ZZ 文法中第一條規則的左部符號 <程序>
字匯表 V VV 文法中出現的全部符號 { <程序>, <常量說明>, …, 0, 1, … }
非終結符號集 V n V_nV
n
​
全部規則的左部組成的集合 { <程序>, <常量說明>, <變數說明>, … }
終結符號集 V t V_tV
t
​
V − V n V - V_nV−V
n
​
{ 0, 1, …, _, a, b, … }
設 U : : = u ∈ P U ::= u \in PU::=u∈P 則對於 ∀ x , y ∈ V ∗ \forall x, y \in V^*∀x,y∈V
∗
有直接推導 x U y ⇒ x u y xUy \Rightarrow xuyxUy⇒xuy 。如果 y ∈ V t ∗ y \in V_t^*y∈V
t
∗
​
則 x U y   ⤃   x u y xUy\ ⤃\ xuyxUy ⤃ xuy 稱為規范推導。直接推導序列 u 0 ⇒ u 1 ⇒ ⋯ ⇒ u n u_0 \Rightarrow u_1 \Rightarrow \cdots \Rightarrow u_nu
0
​
⇒u
1
​
⇒⋯⇒u
n
​
可簡記為

{ u 0 ⇒ + u n n > 0 u 0 ⇒ ∗ u n n ≥ 0 \begin{cases} u_0 \mathop\Rightarrow\limits^+ u_n & n > 0\\ u_0 \mathop\Rightarrow\limits^* u_n & n \ge 0\\ \end{cases}{
u
0
​
⇒
+
u
n
​
u
0
​
⇒
∗
u
n
​
​

n
>
0
n
≥
0
​

進一步定義

句型 V ∗ ∋ x ⇐ ∗ Z V^* \ni x \mathop\Leftarrow\limits^* ZV
∗
∋x
⇐
∗
Z
句子 V t ∗ ∋ x ⇐ + Z V_t^* \ni x \mathop\Leftarrow\limits^+ ZV
t
∗
​
∋x
⇐
+
Z
語言 L ( G ) = { x ∣ x  is sentence } L(G) = \{ x| x\text{ is sentence} \}L(G)={x∣x is sentence}
如果文法 G GG 和 G ′ G'G
′
有 L ( G ) = L ( G ′ ) L(G) = L(G')L(G)=L(G
′
) ，則稱這兩個文法等價。設 w = x u y w=xuyw=xuy 為一句型，稱 u uu 為一個相對於 U ∈ V n U \in V_nU∈V
n
​
的

w ww 的短語 如果 Z ⇒ ∗ x U y ∧ U ⇒ + u Z \mathop\Rightarrow\limits^* xUy \land U \mathop\Rightarrow\limits^+ uZ
⇒
∗
xUy∧U
⇒
+
u
w ww 的簡單短語 如果 u uu 是短語且 U ⇒ u U \mathop\Rightarrow\limits uU⇒u
句型的最左簡單短語稱為句柄。

二義性
文法 G GG 是二義性的，如果 ∃ x ∈ L ( G ) \exist x \in L(G)∃x∈L(G) 使下列條件之一成立

x xx 可以對應兩顆不同的語法樹
x xx 有兩個不同的規范推導

D. 編譯原理簡單嗎

編譯原理主要是講了編譯器的實現。
那什麼是編譯器呢？
編譯器就是將 源程序→編譯器 →目標機器代碼的程序
本文將用一段最簡單的代碼進行說明

1 + 2 + 3

第一步. 詞法分析
當代碼從文件中被讀入到編輯器時，將會進行詞法分析
示例中的代碼最終會轉換為(下面為偽代碼)

1 ADD 2 ADD 3

第二步. 語法分析
這一步編譯器將會把詞法分析的結果轉換成AST(abstract syntax tree, 抽象語法樹)
所有的操作數將會作為子節點，所有的操作符將會作為父節點。(不知道的同學可以看一下樹的生成)

1 + 2 + 3 對應的樹
3. 生成目標代碼
對上面的樹進行後序遍歷，將會得到下面的偽代碼

((1 2 +) 3 +)

生成的匯編偽代碼為

START:

MOV VALUE, 0//初始化結果為0

ADD VALUE, 1

ADD VALUE, 2//(1 2 +)的匯編偽代碼

ADD VALUE, 3

RET VALUE

END

最終匯編代碼會被編譯成機器代碼，在計算機上執行。
下面為一般情況下的編譯流程
1. 詞法分析(生成代碼對應的token序列，使用正則表達式)
2. 語法分析(生成AST)
3. 語義分析(對代碼的語法進行檢查)
4. 代碼生成(生成可執行的代碼)

E. 編譯原理全部的名詞解釋

書上有別那麼懶！。。。。
編譯過程的六個階段：詞法分析，語法分析，語義分析，中間代碼生成，代碼優化，目標代碼生成
解釋程序：把某種語言的源程序轉換成等價的另一種語言程序——目標語言程序，然後再執行目標程序。解釋方式是接受某高級語言的一個語句輸入，進行解釋並控制計算機執行，馬上得到這句的執行結果，然後再接受下一句。
編譯程序：就是指這樣一種程序，通過它能夠將用高級語言編寫的源程序轉換成與之在邏輯上等價的低級語言形式的目標程序(機器語言程序或匯編語言程序)。
解釋程序和編譯程序的根本區別：是否生成目標代碼
句子的二義性（這里的二義性是指語法結構上的。）:文法G[S]的一個句子如果能找到兩種不同的最左推導(或最右推導)，或者存在兩棵不同的語法樹，則稱這個句子是二義性的。
文法的二義性:一個文法如果包含二義性的句子，則這個文法是二義文法，否則是無二義文法。
LL(1)的含義：(LL(1)文法是無二義的； LL(1)文法不含左遞歸)
第1個L：從左到右掃描輸入串 第2個L：生成的是最左推導
1 ：向右看1個輸入符號便可決定選擇哪個產生式
某些非LL(1)文法到LL(1)文法的等價變換: 1. 提取公因子 2. 消除左遞歸
文法符號的屬性:單詞的含義，即與文法符號相關的一些信息。如，類型、值、存儲地址等。
一個屬性文法(attribute grammar)是一個三元組A=(G, V, F)
G：上下文無關文法。
V：屬性的有窮集。每個屬性與文法的一個終結符或非終結符相連。屬性與變數一樣，可以進行計算和傳遞。
F：關於屬性的斷言或謂詞(一組屬性的計算規則)的有窮集。斷言或語義規則與一個產生式相聯，只引用該產生式左端或右端的終結符或非終結符相聯的屬性。
綜合屬性:若產生式左部的單非終結符A的屬性值由右部各非終結符的屬性值決定,則A的屬性稱為綜合屬
繼承屬性:若產生式右部符號B的屬性值是根據左部非終結符的屬性值或者右部其它符號的屬性值決定的,則B的屬性為繼承屬性。
(1)非終結符既可有綜合屬性也可有繼承屬性，但文法開始符號沒有繼承屬性。
(2) 終結符只有綜合屬性，沒有繼承屬性，它們由詞法程序提供。
在計算時： 綜合屬性沿屬性語法樹向上傳遞；繼承屬性沿屬性語法樹向下傳遞。
語法制導翻譯：是指在語法分析過程中，完成附加在所使用的產生式上的語義規則描述的動作。
語法制導翻譯實現：對單詞符號串進行語法分析，構造語法分析樹，然後根據需要構造屬性依賴圖，遍歷語法樹並在語法樹的各結點處按語義規則進行計算。
中間代碼（中間語言）
1、是復雜性介於源程序語言和機器語言的一種表示形式。
2、一般，快速編譯程序直接生成目標代碼。
3、為了使編譯程序結構在邏輯上更為簡單明確，常採用中間代碼，這樣可以將與機器相關的某些實現細節置於代碼生成階段仔細處理，並且可以在中間代碼一級進行優化工作，使得代碼優化比較容易實現。
何謂中間代碼：源程序的一種內部表示，不依賴目標機的結構，易於代碼的機械生成。
為何要轉換成中間代碼:(1)邏輯結構清楚；利於不同目標機上實現同一種語言。
(2)便於移植，便於修改，便於進行與機器無關的優化。
中間代碼的幾種形式：逆波蘭記號 ，三元式和樹形表示 ，四元式
符號表的一般形式：一張符號表的的組成包括兩項，即名字欄和信息欄。
信息欄包含許多子欄和標志位，用來記錄相應名字和種種不同屬性，名字欄也稱主欄。主欄的內容稱為關鍵字（key word）。
符號表的功能：（1）收集符號屬性 (2) 上下文語義的合法性檢查的依據： 檢查標識符屬性在上下文中的一致性和合法性。(3)作為目標代碼生成階段地址分配的依據
符號的主要屬性及作用：
1. 符號名 2. 符號的類型 （整型、實型、字元串型等））3. 符號的存儲類別（公共、私有）
4. 符號的作用域及可視性 （全局、局部） 5. 符號變數的存儲分配信息 （靜態存儲區、動態存儲區）
存儲分配方案策略：靜態存儲分配；動態存儲分配：棧式、 堆式。
靜態存儲分配
1、基本策略
在編譯時就安排好目標程序運行時的全部數據空間，並能確定每個數據項的單元地址。
2、適用的分配對象：子程序的目標代碼段；全局數據目標（全局變數）
3、靜態存儲分配的要求：不允許遞歸調用，不含有可變數組。
FORTRAN程序是段結構，不允許遞歸，數據名大小、性質固定。 是典型的靜態分配
動態存儲分配
1、如果一個程序設計語言允許遞歸過程、可變數組或允許用戶自由申請和釋放空間，那麼，就需要採用動態存儲管理技術。
2、兩種動態存儲分配方式：棧式，堆式
棧式動態存儲分配
分配策略：將整個程序的數據空間設計為一個棧。
【例】在具有遞歸結構的語言程序中，每當調用一個過程時，它所需的數據空間就分配在棧頂，每當過程工作結束時就釋放這部分空間。
過程所需的數據空間包括兩部分
一部分是生存期在本過程這次活動中的數據對象。如局部變數、參數單元、臨時變數等；
另一部分則是用以管理過程活動的記錄信息(連接數據)。
活動記錄（AR）
一個過程的一次執行所需要的信息使用一個連續的存儲區來管理，這個區 (塊)叫做一個活動記錄。
構成
1、臨時工作單元；2、局部變數；3、機器狀態信息；4、存取鏈；
5、控制鏈；6、實參；7、返回地址
什麼是代碼優化
所謂優化，就是對代碼進行等價變換，使得變換後的代碼運行結果與變換前代碼運行結果相同，而運行速度加快或佔用存儲空間減少。
優化原則：等價原則：經過優化後不應改變程序運行的結果。
有效原則：使優化後所產生的目標代碼運行時間較短，佔用的存儲空間較小。
合算原則：以盡可能低的代價取得較好的優化效果。
常見的優化技術
(1) 刪除多餘運算(刪除公共子表達式) (2) 代碼外提 +刪除歸納變數+ (3)強度削弱; (4)變換循環控制條件 (5)合並已知量與復寫傳播 (6)刪除無用賦值
基本塊定義
程序中只有一個入口和一個出口的一段順序執行的語句序列，稱為程序的一個基本塊。

給我分數啊。。。

F. 編譯原理有什麼用

編譯原理在多個領域都有重要的應用價值。

一、提高效率

編譯原理是計算機科學中的一門重要學科，它研究如何將高級語言編寫的程序轉化為機器語言，以便計算機能夠執行。學習編譯原理有助於理解計算機程序的運行過程，從而提高編程效率。通過對編譯器設計的學習，開發者可以了解如何通過優化代碼結構、使用合適的數據結構和演算法來提高程序的運行效率。

二、優化代碼質量

編譯原理不僅關注程序的執行效率，還關注代碼的質量。編譯器在將源代碼轉換為機器語言的過程中，會進行語法分析、語義分析等一系列操作，確保程序的正確性和可靠性。了解編譯原理的開發者可以運用這些知識來編寫更加健壯、可靠的代碼，減少潛在的錯誤和bug。

三、推動技術創新

隨著計算機技術的不斷發展，新的編程語言和開發框架不斷涌現。學習編譯原理有助於開發者理解和掌握這些新技術背後的原理，從而更加靈活地運用這些技術進行創新。例如，許多現代Web開發技術都涉及到編譯原理的應用，如JavaScript的編譯和優化等。掌握這些原理，有助於開發者在技術創新中占據先機。

總的來說，編譯原理是計算機科學中的基礎學科，它對於提高編程效率、優化代碼質量以及推動技術創新都具有重要意義。無論是初學者還是資深開發者，都應該對編譯原理有一定的了解和掌握。這不僅有助於提升個人的技術水平，也有助於推動整個計算機行業的進步。