编译原理代码块

A. 编译原理

编译原理是计算机科学中的一慎昌门重要课程，主要研究如段配何将高级程序语言转化为机器语言宽燃扒的过程。它涉及到多个领域，如语言学、数学、计算机硬件和操作系统等。编译器是实现这一过程的关键工具，它可以将程序源代码转化为可执行的机器代码。

B. 代码优化的局部优化

在编译原理中,局部优化指在程序的一个基本块内进行的优化。 第1步：确定每个基本块的入口语句。
根据基本块的结构特点，它的入口语句是下述三种类型的语句之一:⑴ 程序的第一个语句；⑵ 由条件转移语句或无条件转移语句转移 到的语句；⑶ 紧跟在条件转移或无条件转移后面的语句。
第2步：根据确定的基本块的入口语句，构造其所属的基本块。
⑴ 由该入口语句直到下一个入口语句(不包含下一个入口语句)之间的所有语句构成一个基本块；⑵ 由该入口语句到程序中的停止或暂停语句或最后一个语句(包含该停止或暂停或最后语句)之间的语句序列组成的。
第3步：凡是未包含在基本块中的语句，都是程序的控制流不可到达的语句，直接从程序中删除。

C. 编译原理有有符号un-1.u=un吗

编译程序把源程序翻译为目标程序。根据源程序的语言种类，翻译程序可以分为汇编程序与编译程序。与之相对，解释程序是对源程序进行解释执行的程序。相应的可以将高级语言分为

编译型 C/C++, Swift, etc.
解释型 Python, javascript, etc.
混合型 Java, etc.
本文重点放在编译程序的设计上。典型的编译程序具有 7 77 个逻辑部分

对源程序扫描一次被称为一遍 (pass)。典型的一遍扫描编译程序有如下形式

通常将中间代码生成前的分析部分称为编译器的前端，其后的综合部分则被称为后端。这样就把一个编译程序分为了与源语言相关和与目标机有关的两个独立的部分，降低了程序的耦合。假设 llvm 编译器 支持 M MM 种源语言到 N NN 种目标语言的编译
传统的编译器如 gcc 可能需要开发 M × N M \times NM×N 个不同的子模块。而 llvm 使用统一的中间语言 llvm Intermediate Representation 只需要 M MM 个前端与 N NN 个后端，大大降低了开发成本。

文法
设非空有穷集合 Σ \SigmaΣ 为一字母表，则其上的符号串为 ∀ s ∈ Σ ∗ \forall s \in \Sigma^*∀s∈Σ
∗
，其中 ∗ *∗ 表示集合的闭包。特别的记 Σ 0 = ε \Sigma^0 = {\varepsilon}Σ
0
=ε 为空串组成的集合。规则通常写作

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 是符号，右部 x xx 是有穷符号串。规则的集合 P PP 即可确定一个文法 G GG

<程序> ::= <常量说明><变量说明><函数说明>
<常量说明> ::= {const<常量定义>;}
<常量定义> ::= int<标识符>=<整数>{,<标识符>=<整数>}|char<标识符>=<字符>{,<标识符>=<字符>}
<变量说明> ::= {<类型标识符><变量定义>;}
<变量定义> ::= <标识符>[<下标>]{,<标识符>[<下标>]}
<下标> ::= '['<无符号整数>']' // <无符号整数>表示数组元素的个数，其值需大于0
<函数说明> ::= {(<类型标识符>|void)<函数定义>}void<主函数>
<函数定义> ::= <标识符>'('<参数表>')'<复合语句>
<参数表> ::= [<类型标识符><标识符>{,<类型标识符><标识符>}]
<主函数> ::= main'('')'<复合语句>

<复合语句> ::= '{'<常量说明><变量说明>{<语句>}'}'
<语句> ::= <条件语句>|'{'{<语句>}'}'|<函数调用语句>;|<赋值语句>;|<读语句>;|<写语句>;|<返回语句>;|;
<条件语句> ::= <if语句>|<while语句>|<do语句>|<for语句>
<if语句> ::= if'('<条件>')'<语句>[else<语句>]
<while语句> ::= while'('<条件>')'<语句>
<do语句> ::= do<语句>while'('<条件>')'
<for语句> ::= for'('<标识符>=<表达式>;<条件>;<标识符>=<标识符><加法运算符><无符号整数>')'<语句>
<条件> ::= <表达式>[<关系运算符><表达式>] // 表达式为0条件为假，否则为真
<函数调用语句> ::= <标识符>'('[<表达式>{,<表达式>}]')'
<赋值语句> ::= <标识符>['['<表达式>']']=<表达式>
<读语句> ::= scanf'('<标识符>{,<标识符>}')'
<写语句> ::= printf'('<字符串>[,<表达式>]')'|printf'('<表达式>')'
<返回语句> ::= return['('<表达式>')']

<表达式> ::= [<加法运算符>]<项>{<加法运算符><项>} // [+|-]只作用于第一个<项>
<项> ::= <因子>{<乘法运算符><因子>}
<因子> ::= <标识符>['['<表达式>']']|'('<表达式>')'|<整数>|<字符>|<函数调用语句>
<整数> ::= [<加法运算符>]<无符号整数>

<标识符> ::= <字母>{<字母>|<数字>}
<无符号整数> ::= <非零数字>{<数字>}|0
<数字> ::= 0|<非零数字>
<非零数字> ::= 1|...|9
<字符> ::= '<加法运算符>'|'<乘法运算符>'|'<字母>'|'<数字>'
<字符串> ::= "{十进制编码为32,33,35-126的ASCII字符}"
<类型标识符> ::= int|char
<加法运算符> ::= +|-
<乘法运算符> ::= *|/
<关系运算符> ::= <|<=|>|>=|!=|==
<字母> ::= _|a|...|z|A|...|Z
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上述文法使用扩充的 BNF 表示法进行描述

符号 定义 说明
∣ \vert∣ 或 作用域由括号限定
{ t } n m \{t\}^m_n{t}
n
m
​
将 t tt 重复连接 n ∼ m n \sim mn∼m 次 缺省时 m = ∞ ,   n = 0 m = \infin,\ n = 0m=∞, n=0
[ t ] [t][t] 符号串 t tt 可有可无 等价于 { t } 1 \{t\}^1{t}
1

( t ) (t)(t) 局部作用域 主要用于限定 ∣ \vert∣ 范围
相关概念有

概念 符号 定义 示例
识别符号 Z ZZ 文法中第一条规则的左部符号 <程序>
字汇表 V VV 文法中出现的全部符号 { <程序>, <常量说明>, …, 0, 1, … }
非终结符号集 V n V_nV
n
​
全部规则的左部组成的集合 { <程序>, <常量说明>, <变量说明>, … }
终结符号集 V t V_tV
t
​
V − V n V - V_nV−V
n
​
{ 0, 1, …, _, a, b, … }
设 U : : = u ∈ P U ::= u \in PU::=u∈P 则对于 ∀ x , y ∈ V ∗ \forall x, y \in V^*∀x,y∈V
∗
有直接推导 x U y ⇒ x u y xUy \Rightarrow xuyxUy⇒xuy 。如果 y ∈ V t ∗ y \in V_t^*y∈V
t
∗
​
则 x U y   ⤃   x u y xUy\ ⤃\ xuyxUy ⤃ xuy 称为规范推导。直接推导序列 u 0 ⇒ u 1 ⇒ ⋯ ⇒ u n u_0 \Rightarrow u_1 \Rightarrow \cdots \Rightarrow u_nu
0
​
⇒u
1
​
⇒⋯⇒u
n
​
可简记为

{ 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
​

进一步定义

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
语言 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
′
) ，则称这两个文法等价。设 w = x u y w=xuyw=xuy 为一句型，称 u uu 为一个相对于 U ∈ V n U \in V_nU∈V
n
​
的

w ww 的短语 如果 Z ⇒ ∗ x U y ∧ U ⇒ + u Z \mathop\Rightarrow\limits^* xUy \land U \mathop\Rightarrow\limits^+ uZ
⇒
∗
xUy∧U
⇒
+
u
w ww 的简单短语 如果 u uu 是短语且 U ⇒ u U \mathop\Rightarrow\limits uU⇒u
句型的最左简单短语称为句柄。

二义性
文法 G GG 是二义性的，如果 ∃ x ∈ L ( G ) \exist x \in L(G)∃x∈L(G) 使下列条件之一成立

x xx 可以对应两颗不同的语法树
x xx 有两个不同的规范推导

D. 编译原理简单吗

编译原理主要是讲了编译器的实现。
那什么是编译器呢？
编译器就是将 源程序→编译器 →目标机器代码的程序
本文将用一段最简单的代码进行说明

1 + 2 + 3

第一步. 词法分析
当代码从文件中被读入到编辑器时，将会进行词法分析
示例中的代码最终会转换为(下面为伪代码)

1 ADD 2 ADD 3

第二步. 语法分析
这一步编译器将会把词法分析的结果转换成AST(abstract syntax tree, 抽象语法树)
所有的操作数将会作为子节点，所有的操作符将会作为父节点。(不知道的同学可以看一下树的生成)

1 + 2 + 3 对应的树
3. 生成目标代码
对上面的树进行后序遍历，将会得到下面的伪代码

((1 2 +) 3 +)

生成的汇编伪代码为

START:

MOV VALUE, 0//初始化结果为0

ADD VALUE, 1

ADD VALUE, 2//(1 2 +)的汇编伪代码

ADD VALUE, 3

RET VALUE

END

最终汇编代码会被编译成机器代码，在计算机上执行。
下面为一般情况下的编译流程
1. 词法分析(生成代码对应的token序列，使用正则表达式)
2. 语法分析(生成AST)
3. 语义分析(对代码的语法进行检查)
4. 代码生成(生成可执行的代码)

E. 编译原理全部的名词解释

书上有别那么懒！。。。。
编译过程的六个阶段：词法分析，语法分析，语义分析，中间代码生成，代码优化，目标代码生成
解释程序：把某种语言的源程序转换成等价的另一种语言程序——目标语言程序，然后再执行目标程序。解释方式是接受某高级语言的一个语句输入，进行解释并控制计算机执行，马上得到这句的执行结果，然后再接受下一句。
编译程序：就是指这样一种程序，通过它能够将用高级语言编写的源程序转换成与之在逻辑上等价的低级语言形式的目标程序(机器语言程序或汇编语言程序)。
解释程序和编译程序的根本区别：是否生成目标代码
句子的二义性（这里的二义性是指语法结构上的。）:文法G[S]的一个句子如果能找到两种不同的最左推导(或最右推导)，或者存在两棵不同的语法树，则称这个句子是二义性的。
文法的二义性:一个文法如果包含二义性的句子，则这个文法是二义文法，否则是无二义文法。
LL(1)的含义：(LL(1)文法是无二义的； LL(1)文法不含左递归)
第1个L：从左到右扫描输入串 第2个L：生成的是最左推导
1 ：向右看1个输入符号便可决定选择哪个产生式
某些非LL(1)文法到LL(1)文法的等价变换: 1. 提取公因子 2. 消除左递归
文法符号的属性:单词的含义，即与文法符号相关的一些信息。如，类型、值、存储地址等。
一个属性文法(attribute grammar)是一个三元组A=(G, V, F)
G：上下文无关文法。
V：属性的有穷集。每个属性与文法的一个终结符或非终结符相连。属性与变量一样，可以进行计算和传递。
F：关于属性的断言或谓词(一组属性的计算规则)的有穷集。断言或语义规则与一个产生式相联，只引用该产生式左端或右端的终结符或非终结符相联的属性。
综合属性:若产生式左部的单非终结符A的属性值由右部各非终结符的属性值决定,则A的属性称为综合属
继承属性:若产生式右部符号B的属性值是根据左部非终结符的属性值或者右部其它符号的属性值决定的,则B的属性为继承属性。
(1)非终结符既可有综合属性也可有继承属性，但文法开始符号没有继承属性。
(2) 终结符只有综合属性，没有继承属性，它们由词法程序提供。
在计算时： 综合属性沿属性语法树向上传递；继承属性沿属性语法树向下传递。
语法制导翻译：是指在语法分析过程中，完成附加在所使用的产生式上的语义规则描述的动作。
语法制导翻译实现：对单词符号串进行语法分析，构造语法分析树，然后根据需要构造属性依赖图，遍历语法树并在语法树的各结点处按语义规则进行计算。
中间代码（中间语言）
1、是复杂性介于源程序语言和机器语言的一种表示形式。
2、一般，快速编译程序直接生成目标代码。
3、为了使编译程序结构在逻辑上更为简单明确，常采用中间代码，这样可以将与机器相关的某些实现细节置于代码生成阶段仔细处理，并且可以在中间代码一级进行优化工作，使得代码优化比较容易实现。
何谓中间代码：源程序的一种内部表示，不依赖目标机的结构，易于代码的机械生成。
为何要转换成中间代码:(1)逻辑结构清楚；利于不同目标机上实现同一种语言。
(2)便于移植，便于修改，便于进行与机器无关的优化。
中间代码的几种形式：逆波兰记号 ，三元式和树形表示 ，四元式
符号表的一般形式：一张符号表的的组成包括两项，即名字栏和信息栏。
信息栏包含许多子栏和标志位，用来记录相应名字和种种不同属性，名字栏也称主栏。主栏的内容称为关键字（key word）。
符号表的功能：（1）收集符号属性 (2) 上下文语义的合法性检查的依据： 检查标识符属性在上下文中的一致性和合法性。(3)作为目标代码生成阶段地址分配的依据
符号的主要属性及作用：
1. 符号名 2. 符号的类型 （整型、实型、字符串型等））3. 符号的存储类别（公共、私有）
4. 符号的作用域及可视性 （全局、局部） 5. 符号变量的存储分配信息 （静态存储区、动态存储区）
存储分配方案策略：静态存储分配；动态存储分配：栈式、 堆式。
静态存储分配
1、基本策略
在编译时就安排好目标程序运行时的全部数据空间，并能确定每个数据项的单元地址。
2、适用的分配对象：子程序的目标代码段；全局数据目标（全局变量）
3、静态存储分配的要求：不允许递归调用，不含有可变数组。
FORTRAN程序是段结构，不允许递归，数据名大小、性质固定。 是典型的静态分配
动态存储分配
1、如果一个程序设计语言允许递归过程、可变数组或允许用户自由申请和释放空间，那么，就需要采用动态存储管理技术。
2、两种动态存储分配方式：栈式，堆式
栈式动态存储分配
分配策略：将整个程序的数据空间设计为一个栈。
【例】在具有递归结构的语言程序中，每当调用一个过程时，它所需的数据空间就分配在栈顶，每当过程工作结束时就释放这部分空间。
过程所需的数据空间包括两部分
一部分是生存期在本过程这次活动中的数据对象。如局部变量、参数单元、临时变量等；
另一部分则是用以管理过程活动的记录信息(连接数据)。
活动记录（AR）
一个过程的一次执行所需要的信息使用一个连续的存储区来管理，这个区 (块)叫做一个活动记录。
构成
1、临时工作单元；2、局部变量；3、机器状态信息；4、存取链；
5、控制链；6、实参；7、返回地址
什么是代码优化
所谓优化，就是对代码进行等价变换，使得变换后的代码运行结果与变换前代码运行结果相同，而运行速度加快或占用存储空间减少。
优化原则：等价原则：经过优化后不应改变程序运行的结果。
有效原则：使优化后所产生的目标代码运行时间较短，占用的存储空间较小。
合算原则：以尽可能低的代价取得较好的优化效果。
常见的优化技术
(1) 删除多余运算(删除公共子表达式) (2) 代码外提 +删除归纳变量+ (3)强度削弱; (4)变换循环控制条件 (5)合并已知量与复写传播 (6)删除无用赋值
基本块定义
程序中只有一个入口和一个出口的一段顺序执行的语句序列，称为程序的一个基本块。

给我分数啊。。。

F. 编译原理有什么用

编译原理在多个领域都有重要的应用价值。

一、提高效率

编译原理是计算机科学中的一门重要学科，它研究如何将高级语言编写的程序转化为机器语言，以便计算机能够执行。学习编译原理有助于理解计算机程序的运行过程，从而提高编程效率。通过对编译器设计的学习，开发者可以了解如何通过优化代码结构、使用合适的数据结构和算法来提高程序的运行效率。

二、优化代码质量

编译原理不仅关注程序的执行效率，还关注代码的质量。编译器在将源代码转换为机器语言的过程中，会进行语法分析、语义分析等一系列操作，确保程序的正确性和可靠性。了解编译原理的开发者可以运用这些知识来编写更加健壮、可靠的代码，减少潜在的错误和bug。

三、推动技术创新

随着计算机技术的不断发展，新的编程语言和开发框架不断涌现。学习编译原理有助于开发者理解和掌握这些新技术背后的原理，从而更加灵活地运用这些技术进行创新。例如，许多现代Web开发技术都涉及到编译原理的应用，如JavaScript的编译和优化等。掌握这些原理，有助于开发者在技术创新中占据先机。

总的来说，编译原理是计算机科学中的基础学科，它对于提高编程效率、优化代码质量以及推动技术创新都具有重要意义。无论是初学者还是资深开发者，都应该对编译原理有一定的了解和掌握。这不仅有助于提升个人的技术水平，也有助于推动整个计算机行业的进步。