硬體編譯原理及講解

A. 什麼是編譯原理

編譯原理是計算機專業的一門重要專業課，旨在介紹編譯程序構造的一般原理和基本方法。內容包括語言和文法、詞法分析、語法分析、語法制導翻譯、中間代碼生成、存儲管理、代碼優化和目標代碼生成。 編譯原理是計算機專業設置的一門重要的專業課程。雖然只有少數人從事編譯方面的工作，但是這門課在理論、技術、方法上都對學生提供了系統而有效的訓練，有利於提高軟體人員的素質和能力。
這門課程關注的是編譯器方面的產生原理和技術問題，似乎和計算機的基礎領域不沾邊，可是編譯原理卻一直作為大學本科的 必修課程，同時也成為了研究生入學考試的必考內容。編譯原理及技術從本質上來講就是一個演算法問題而已，當然由於這個問題十分復雜，其解決演算法也相對復雜。 我們學的數據結構與演算法分析也是講演算法的，不過講的基礎演算法，換句話說講的是演算法導論，而編譯原理這門課程講的就是比較專註解決一種的演算法了。在20世紀 50年代，編譯器的編寫一直被認為是十分困難的事情，第一Fortran的編譯器據說花了18年的時間才完成。在人們嘗試編寫編譯器的同時，誕生了許多跟 編譯相關的理論和技術，而這些理論和技術比一個實際的編譯器本身價值更大。就猶如數學家們在解決著名的哥德巴赫猜想一樣，雖然沒有最終解決問題，但是其間 誕生不少名著的相關數論。

B. C語言編譯原理是什麼

編譯共分為四個階段：預處理階段、編譯階段、匯編階段、鏈接階段。

1、預處理階段：

主要工作是將頭文件插入到所寫的代碼中，生成擴展名為「.i」的文件替換原來的擴展名為「.c」的文件，但是原來的文件仍然保留，只是執行過程中的實際文件發生了改變。（這里所說的替換並不是指原來的文件被刪除）

2、匯編階段：

插入匯編語言程序，將代碼翻譯成匯編語言。編譯器首先要檢查代碼的規范性、是否有語法錯誤等，以確定代碼的實際要做的工作，在檢查無誤後，編譯器把代碼翻譯成匯編語言，同時將擴展名為「.i」的文件翻譯成擴展名為「.s」的文件。

3、編譯階段：

將匯編語言翻譯成機器語言指令，並將指令打包封存成可重定位目標程序的格式,將擴展名為「.s」的文件翻譯成擴展名為「.o」的二進制文件。

4、鏈接階段：

在示例代碼中，改代碼文件調用了標准庫中printf函數。而printf函數的實際存儲位置是一個單獨編譯的目標文件（編譯的結果也是擴展名為「.o」的文件），所以此時主函數調用的時候，需要將該文件（即printf函數所在的編譯文件）與hello world文件整合到一起，此時鏈接器就可以大顯神通了，將兩個文件合並後生成一個可執行目標文件。

C. 操作系統原理、計算機組成原理、編譯原理的學習順序

操作系統原理就是講操作系統的，比如怎麼管理內存，怎麼管理文件，怎麼管理進程。
計算機組成原理講的是計算機硬體各部分的組成與協作，比如怎麼取址，內存怎麼構成，磁碟的磁臂磁軌之類的。
編譯原理，講的是怎麼將高級語言（比如c，java）翻譯成機器語言的過程與技術。

D. 編譯原理中的前端，後端和遍是什麼啊能解釋下嗎

遍：對源程序或等價中間語言程序從頭到尾掃視並完成規定任務的過程。
前端：包括詞法分析、語法分析、語義分析及中間代碼生成、部分代碼優化，主要依賴於源程序，與目標機無關；
後端：包括部分代碼優化、目標代碼生成，依賴於中間代碼、計算機的硬體系統和機器指令系統。

E. 編譯原理

編譯原理是計算機專業的一門重要專業課，旨在介紹編譯程序構造的一般原理和基本方法。內容包括語言和文法、詞法分析、語法分析、語法制導翻譯、中間代碼生成、存儲管理、代碼優化和目標代碼生成。 編譯原理是計算機專業設置的一門重要的專業課程。編譯原理課程是計算機相關專業學生的必修課程和高等學校培養計算機專業人才的基礎及核心課程，同時也是計算機專業課程中最難及最挑戰學習能力的課程之一。編譯原理課程內容主要是原理性質，高度抽象[1]。

中文名
編譯原理[1]
外文名
Compilers: Principles, Techniques, and Tools[1]
領域
計算機專業的一門重要專業課[1]
快速
導航
編譯器

編譯原理課程

編譯技術的發展

編譯的基本流程

編譯過程概述
基本概念
編譯原理即是對高級程序語言進行翻譯的一門科學技術, 我們都知道計算機程序由程序語言編寫而成, 在早期計算機程序語言發展較為緩慢, 因為計算機存儲的數據和執行的程序都是由0、1代碼組合而成的, 那麼在早期程序員編寫計算機程序時必須十分了解計算機的底層指令代碼通過將這些微程序指令組合排列從而完成一個特定功能的程序, 這就對程序員的要求非常高了。人們一直在研究如何如何高效的開發計算機程序, 使編程的門檻降低。[2]
編譯器
C語言編譯器是一種現代化的設備, 其需要藉助計算機編譯程序, C語言編譯器的設計是一項專業性比較強的工作, 設計人員需要考慮計算機程序繁瑣的設計流程, 還要考慮計算機用戶的需求。計算機的種類在不斷增加, 所以, 在對C語言編譯器進行設計時, 一定要增加其適用性。C語言具有較強的處理能力, 其屬於結構化語言, 而且在計算機系統維護中應用比較多, C語言具有高效率的優點, 在其不同類型的計算機中應用比較多。[3]
C語言編譯器前端設計
編譯過程一般是在計算機系統中實現的, 是將源代碼轉化為計算機通用語言的過程。編譯器中包含入口點的地址、名稱以及機器代碼。編譯器是計算機程序中應用比較多的工具, 在對編譯器進行前端設計時, 一定要充分考慮影響因素, 還要對詞法、語法、語義進行分析。[3]
1 詞法分析[3]
詞法分析是編譯器前端設計的基礎階段, 在這一階段, 編譯器會根據設定的語法規則, 對源程序進行標記, 在標記的過程中, 每一處記號都代表著一類單詞, 在做記號的過程中, 主要有標識符、關鍵字、特殊符號等類型, 編譯器中包含詞法分析器、輸入源程序、輸出識別記號符, 利用這些功能可以將字型大小轉化為熟悉的單詞。[3]
2 語法分析[3]
語法分析是指利用設定的語法規則, 對記號中的結構進行標識, 這包括句子、短語等方式, 在標識的過程中, 可以形成特殊的結構語法樹。語法分析對編譯器功能的發揮有著重要影響, 在設計的過程中, 一定要保證標識的准確性。[3]
3 語義分析[3]
語義分析也需要藉助語法規則, 在對語法單元的靜態語義進行檢查時, 要保證語法規則設定的准確性。在對詞法或者語法進行轉化時, 一定要保證語法結構設置的合法性。在對語法、詞法進行檢查時, 語法結構設定不合理, 則會出現編譯錯誤的問題。前端設計對精確性要求比較好, 設計人員能夠要做好校對工作, 這會影響到編譯的准確性, 如果前端設計存在失誤, 則會影響C語言編譯的效果。[3]

F. 編譯原理的基本概念

編譯器 是將匯編或高級計算機語言翻譯為二進制機器語言代碼的計算機程序。編譯器將源程序（source language） 編寫的程序作為輸入，翻譯產生目標語言（target language ）機器代碼的等價程序。通常地，源程序為高級語言（high-level language ），像C或C + +、漢語語言程序等，而目標則是機器語言的目標代碼 （object code，有時也稱作機器代碼（machine code ）），也就是可以在計算機硬體中運行的機器代碼軟體程序。這一過程可以表示為：
源程序→編譯器 →目標機器代碼程序

G. 編譯原理與匯編的區別和聯系是什麼

編譯原理與匯編的區別和聯系是什麼
編譯原理是研究各種語言轉換（不夠專業）為機器語言的過程中的各種理論。
編譯原理是將計算機語言轉化為可以在計算機硬體上直接運行的機器語言，是翻譯語言的一種。
1、將高級語言變為機器語言，包括兩種方法，編譯是一種，另一種是解釋；
2、將匯編語言變成機器語言的，叫匯編程序．
編譯: 高級語言 --> 機器語言(指令)；
匯編: 匯編指令 --> 機器指令；

H. 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。。。

I. 編譯原理-LL1文法詳細講解

我們知道2型文法( CFG )，它的每個產生式類型都是 α→β ,其中 α ∈ VN , β ∈ (VN∪VT)*。

例如, 一個表達式的文法:

最終推導出 id + (id + id) 的句子，那麼它的推導過程就會構成一顆樹，即 CFG 分析樹：

從分析樹可以看出，我們從文法開始符號起，不斷地利用產生式的右部替換產生式左部的非終結符，最終推導出我們想要的句子。這種方式我們稱為自頂向下分析法。

從文法開始符號起，不斷用非終結符的候選式(即產生式)替換當前句型中的非終結符，最終得到相應的句子。
在每一步推導過程中，我們需要做兩個選擇:

因為一個句型中，可能存在多個非終結符，我們就不確定選擇那一個非終結符進行替換。
對於這種情況，我們就需要做強制規定，每次都選擇句型中第一個非終結符進行替換(或者每次都選擇句型中最後一個非終結符進行替換)。

自頂向下的語法分析採用最左推導方式，即總是選擇每個句型的最左非終結符進行替換。

最終的結果是要推導出一個特定句子(例如 id + (id + id) )。
我們將特定句子看成一個輸入字元串，而每一個非終結符對應一個處理方法，這個處理方法用來匹配輸入字元串的部分，演算法如下:

方法解析:

這種方式稱為遞歸下降分析( Recursive-Descent Parsing )：

當選擇的候選式不正確，就需要回溯( backtracking )，重新選擇候選式，進行下一次嘗試匹配。因為要不斷的回溯，導致分析效率比較低。

這種方式叫做預測分析( Predictive Parsing )：

要實現預測分析，我們必須保證從文法開始符號起，每一個推導過程中，當前句型最左非終結符 A 對於當前輸入字元 a ,只能得到唯一的 A 候選式。

根據上面的解決方法，我們首先想到，如果非終結符 A 的候選式只有一個以終結符 a 開頭候選式不就行了么。
進而我們可以得出，如果一個非終結符 A ，它的候選式都是以終結符開頭，並且這些終結符都各不相同，那麼本身就符合預測分析了。

這就是S_文法，滿足下面兩個條件:

例子:

這就是一個典型的S_文法，它的每一個非終結符遇到任一終結符得到候選式是確定的。如 S -> aA | bAB , 只有遇到終結符 a 和 b 的時候，才能返回 S 的候選式，遇到其他終結符時，直接報錯，匹配不成功。

雖然S_文法可以實現預測分析，但是從它的定義上看，S_文法不支持空產生式(ε產生式)，極大地限制了它的應用。

什麼是空產生式(ε產生式)？

例子

這里 A 有了空產生式，那麼 S 的產生式組 S -> aA | bAB ，就可以是 a | bB ,這樣 a , bb , bc 就變成這個文法 G 的新句子了。

根據預測分析的定義，非終結符對於任一終結符得到的產生式是確定的，要麼能獲取唯一的產生式，要麼不匹配直接報錯。

那麼空產生式何時被選擇呢？

由此可以引入非終結符 A 的後繼符號集的概念:
定義: 由文法 G 推導出來的所有句型，可以出現在非終結符 A 後邊的終結符 a 的集合，就是這個非終結符 A 的後繼符號集，記為 FOLLOW(A) 。

因此對於 A -> ε 空產生式，只要遇到非終結符 A 的後繼符號集中的字元，可以選擇這個空產生式。
那麼對於 A -> a 這樣的產生式，只要遇到終結符 a 就可以選擇了。

由此我們引入的產生式可選集概念:
定義: 在進行推導時，選用非終結符 A 一個產生式 A→β 對應的輸入符號的集合，記為 SELECT(A→β)

因為預測分析要求非終結符 A 對於輸入字元 a ,只能得到唯一的 A 候選式。
那麼對於一個文法 G 的所有產生式組，要求有相同左部的產生式，它們的可選集不相交。

在 S_文法基礎上，我們允許有空產生式，但是要做限制:

將上面例子中的文法改造:

但是q_文法的產生式不能是非終結符打頭，這就限制了其應用，因此引入LL(1)文法。

LL(1)文法允許產生式的右部首字元是非終結符，那麼怎麼得到這個產生式可選集。
我們知道對於產生式:

定義: 給定一個文法符號串 α ， α 的 串首終結符集 FIRST(α) 被定義為可以從 α 推導出的所有串首終結符構成的集合。

定義已經了解清楚了，那麼該如何求呢？
例如一個文法符號串 BCDe , 其中 B C D 都是非終結符， e 是終結符。

因此對於一個文法符號串 X1X2 … Xn ，求解 串首終結符集 FIRST(X1X2 … Xn) 演算法:

但是這里有一個關鍵點，如何求非終結符的串首終結符集？

因此對於一個非終結符 A , 求解 串首終結符集 FIRST(A) 演算法:

這里大家可能有個疑惑，怎麼能將 FIRST(Bβ) 添加到 FIRST(A) 中，如果問文法符號串 Bβ 中包含非終結符 A ，就產生了循環調用的情況，該怎麼辦?

對於 串首終結符集 ，我想大家疑惑的點就是，串首終結符集到底是針對 文法符號串 的，還是針對 非終結符 的，這個容易弄混。
其實我們應該知道， 非終結符 本身就屬於一個特殊的 文法符號串 。
而求解 文法符號串 的串首終結符集，其實就是要知道文法符號串中每個字元的串首終結符集:

上面章節我們知道了，對於非終結符 A 的 後繼符號集 :
就是由文法 G 推導出來的所有句型，可以出現在非終結符 A 後邊的終結符的集合，記為 FOLLOW(A) 。

仔細想一下，什麼樣的終結符可以出現在非終結符 A 後面，應該是在產生式中就位於 A 後面的終結符。例如 S -> Aa ，那麼終結符 a 肯定屬於 FOLLOW(A) 。

因此求非終結符 A 的 後繼符號集 演算法：

如果非終結符 A 是產生式結尾，那麼說明這個產生式左部非終結符後面能出現的終結符，也都可以出現在非終結符 A 後面。

我們可以求出 LL(1) 文法中每個產生式可選集:

根據產生式可選集，我們可以構建一個預測分析表，表中的每一行都是一個非終結符，表中的每一列都是一個終結符，包括結束符號 $ ，而表中的值就是產生式。
這樣進行語法推導的時候，非終結符遇到當前輸入字元，就可以從預測分析表中獲取對應的產生式了。

有了預測分析表，我們就可以進行預測分析了，具體流程:

可以這么理解：

我們知道要實現預測分析，要求相同左部的產生式，它們的可選集是不相交。
但是有的文法結構不符合這個要求，要進行改造。

如果相同左部的多個產生式有共同前綴，那麼它們的可選集必然相交。
例如:

那麼如何進行改造呢？
其實很簡單，進行如下轉換:

如此文法的相同左部的產生式，它們的可選集是不相交，符合現預測分析。

這種改造方法稱為 提取公因子演算法 。

當我們自頂向下的語法分析時，就需要採用最左推導方式。
而這個時候，如果產生式左部和產生式右部首字元一樣(即A→Aα)，那麼推導就可能陷入無限循環。
例如:

因此對於:

文法中不能包含這兩種形式，不然最左推導就沒辦法進行。

例如:

它能夠推導出如下:

你會驚奇的發現，它能推導出 b 和 (a)* (即由 0 個 a 或者無數個 a 生成的文法符號串)。其實就可以改造成:

因此消除 直接左遞歸 演算法的一般形式：

例如:

消除間接左遞歸的方法就是直接帶入消除，即

消除間接左遞歸演算法：

這個演算法看起來描述很多，其實理解起來很簡單：

思考 : 我們通過 Ai -> Ajβ 來判斷是不是間接左遞歸，那如果有產生式 Ai -> BAjβ 且 B -> ε ,那麼它是不是間接左遞歸呢？
間接地我們可以推出如果一個產生式 Ai -> αAjβ 且 FIRST(α) 包括空串ε，那麼這個產生式是不是間接左遞歸。

J. 編譯原理和匯編的原理

編譯是編譯器把源文件編譯成目標程序.匯編是一中低級語言,是可以用來直接與硬體操作的程序語言.