编译原理

什么是编译器

• 计算设备包括个人计算机、大型机、嵌入式系统、智能设备等
• 核心问题都是软件的构造
  • 目前绝大多数软件都是由高级语言书写
  • 成百上千种高级语言
• 高级语言是如何运行在计算机系统上的呢
• 编译器

# C语言
int main(){
  printf("hello,world.\n");
  return 0;
}

# 汇编程序
  .text
str:
  .string "hello,world."
  .global main
main:
  push1 %ebp
  mov1 %esp, %ebp
  push1 $string
  call printf
  leave
  ret

什么是编译器呢？

编译器是一个程序，核心功能是把源代码翻译成目标代码。

• 源代码：C/C++、C#、Java、HTML、SQL...
• 目标代码：x86、IA64、ARM、MIPS...

编译器的核心功能

源代码->编译器(静态计算)->目标程序->计算机(动态计算)->计算结果

编译器和解释器

解释器也是处理程序的一种程序

编译器和解释器相同在于，它们都接收一个输入，并产生一个输出。其不同点在于编译输出的是磁盘上的一个可执行程序，俗称离线方式(offline)。而解释器的输出则直接是结果，俗称在线方式(online)。

编译器简史

计算机科学史上出现的第一个编译器是Fortran语言的编译器，于1954~1957年，由IMB研究中心John Backus博士领导开发。

Fortran编译器的成功给计算机科学发展产生了巨大影响

• 理论上：形式语言、自动机技术、文法、语法指导的翻译...
• 实际上：算法、数据结构...
• 编辑器架构

为什么要学习编译原理呢？

• 编译原理集中体现了计算机科学的很多核心思想：算法、数据结构、软件工程...
• 编译器是其他领域的重要研究基础
• 编译器本身是非常重要的研究领域：新的语言设计、大型软件的构造和维护...

编译器的高层结构

https://www.bilibili.com/video/av18314230/#page=2

编译器具有非常模块化的高层结构，可抽象的多个阶段(phase)。

编译器的高层结构

编译器可卡看成多个阶段构成的"流水线"结构

没有优化的编译器结构

更复杂的一种编译器结构

小结：

编译器由多个阶段组成，每个阶段都要处理不同的问题。使用不同的理论、数据结构和算法。因此，编译器设计中的重要问题是如何合理的划分组织各个阶段，使得接口清晰，编译器容易实现且易于维护。

示例：

源语言为加法表达式语言Sum，具有两种语法形式分别是整数数字n和加法e1+e2。

目标机器为栈式计算机Stack，具有两条指令push n和sum。

# 伪代码
add:
x = pop()
y = pop()
z = x + y
push z

编译器实现任务：编译程序 1+2+3到栈式计算机

编译器实现任务

小结：

编译器构造和具体的编译器目标相关，目前的结构：

image.png

新任务：增加一个代码优化的阶段

image.png