四川大学编译原理复习要点.docx
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四川大学编译原理复习要点
四川大学编译原理复习要点2013版
1、编译器各个阶段的功能,输入、输出,前端、后端
1)词法分析:
将字符序列收集到称作记号(token)的有意义单元中
扫描程序 输入:
源代码输出:
记号
2) 语法分析:
从扫描程序中获取记号形式的源代码,并完成定义程序结构的语法分析,语法分析定义了程序的结构元素及其关系。
输入:
记号输出:
语法树
3)语义分析程序:
分析程序的静态语义,包括声明和类型检查。
输入:
语法树输出:
注释树
4)源代码优化程序:
编译器通常包括许多代码改进或优化步骤。
绝大多数最早的优化步骤是在语义分析之后完成的,而此时代码改进可能只依赖于源代码。
【对源代码进行优化,并产生中间代码】
输入:
注释树输出:
中间代码
5)目标代码生成:
得到中间代码,生成目标机器的代码
代码生成器输入:
中间代码输出:
目标代码
6)目标代码优化程序:
编译器改进由代码生成器生成的目标代码。
输入:
目标代码输出:
目标代码
扫描程序、分析程序和语义分析程序是前端,代码生成器是后端,
前后端分开的好处:
可以给编译器带来更方便的可移植性,此时的编译器既能改变源代码,又能改变目标代码。
【遍】编译器发现,在生成代码之前多次处理整个源程序很方便,这些重复就是遍。
首遍是从源中构造一个语法树或中间代码,在它之后的遍是由处理中间表示、向它增加信息、更换结构或生成不同的表示组成
二、 解释器和编译器的区别与联系?
读入源语言后,解释器和编译器都要进行词法分析、语法分析和语义分析,之后,二者开始有所分别。
解释器在语义分析后选择了直接执行语句;编译器在语义分析后选择将将语义存储成某一种中间语言,之后通过不同的后端翻译成不同的机器语言(可执行程序)
编译器是把源语言(如C,Pascal,java等高级语言)转换为目标语言(汇编语言、机器语言等低级语言),要产生目标代码。
解释器是以一个源语言(C,Pascal,java等高级语言)为输入,一边解释一边执行源程序,但不产生目标代码。
3、算法描述(伪代码)p41
构造一个扫描程序的自动过程:
正则表达式→NFA→DFA→程序
1、正则表达式→NFA
(1) 建立字母表。
输入的正则表达式由于一般不输入“与”操作符,因此
首先给表达式加入 .作为与操作。
再利用逆波兰式的堆栈操作,把操作符与字母分开,便得到了字母表。
(2) Thompson构造法。
首先将构成正则表达式的各个元素分解,对于每
一个元素,按照下述规则1和规则2生成NFA。
注意:
如果r中记号a出现了多次,那么对于a的每次出现都需要生成一个单独的NFA。
2、NFA→DFA
从单个输入字符的某个状态中去除ε-转换和多重转换。
(1)利用ε-closure规则即闭包规则,把NFA状态划分成集合,而后把每个集合作为DFA的状态。
详细描述:
从NFA的状态S开始经过ε到达的状态存储下,然后再把存储结果中的状态有经过ε到达的新状态也存储在一起,这样通过闭包规则就可以这些集合,再把集合作为DFA的状态。
(2)子集构造
3、DFA→程序DFA状态最小化
取出DFA状态中的不可达的状态。
构造最小状态的等价DFA的算法是通过创建统一到单个状态的状态集来进行。
构造NFA(使用Thompson结构):
1)基本正则表达式基本正则表达式格式a或ε,其中a表示字母表中单个字符的匹配,
ε表示空串的匹配。
与正则表达式a等同的NFA(即在其语言中准确接受)的是:
与ε等同的NFA是:
2)并置我们希望构造一个与正则表达式rs等同的NFA,其中r和s都是正则表达式。
可将与rs对应的NFA构造如下:
3)在各选项中选择我们希望在与前面相同的假设下构造一个与r|s相对应的NFA。
如下进行:
4)重复我们需要构造与r*相对应的机器,现假设已有一台与r相对应的机器。
那么就如下进行:
构造NFA的一个例子:
例:
根据Thompson结构将正则表达式ab|a翻译为NFA。
首先为正则表达式a和b分别构造机器:
接着再为并置ab构造机器:
现在再为a构造另一个机器复件,并利用它们组成ab|a完整的NFA,如下图:
将NFA转换成DFA(最小子集法):
ε-闭包(ε-closure)是可由ε转换从某状态或某些状态达到的所有状态集合,它总是包含状态本身
子集构造 相关题目:
2.1,2.12,2.16
四、提左因子和消除左递归
1、在建立LL
(1)语法分析器的时候,提左因子和消除左递归的目的、原因
目的:
提取左因子---避免程序回溯;
消除左递归---消除无限循环
原因:
当有公因子存在时,不能立即区分出文法规则右边的选择;
当有左递归时,将导致一个无限循环。
2、提左因子和消除左递归的算法描述
消除左递归伪代码P119
fori:
=1tomdo
forj:
=1toi-1do
replaceeachgrammerrulechoiceoftheformAi→Ajβbytherule
Ai→α1β|α2β|....|αkβ,whereAj→α1|α2|.....|αkis
thecurrentruleforAj
remove,ifnecessary,immediateleftrecursioninvolvingAi
a)把直接左递归改写为右递归【简单直接左递归】
设有文法产生式:
A→Aβ|γ。
其中β非空,γ不以A打头。
可写为:
A→γA'
A'→βA'|ε
一般情况下,假定关于A的产生式是【普遍的直接左递归】
A→Aα1|Aα2|…|Aαm|β1|β2|…|βn
其中,αi(1≤i≤m)均不为空,βj(1≤j≤n)均不以A打头。
则消除直接左递归后改写为:
A→β1A'|β2A'|…|βnA'
A'→α1A'|α2A'|…|αmA'|ε
例4.12:
有文法G(E):
E→E+T|T
T→T*F|F
F→i|(E)
消除该文法的直接左递归。
解:
按转换规则,可得:
E→TE'
E'→+TE'|ε
T→FT'
T'→*FT'|ε
F→i|(E)
b)消除间接左递归【一般的左递归,不带有ε产生式且不带有循环的文法】
对于间接左递归的消除需要先将间接左递归变为直接左递归,然后再按a)清除左递归。
例4.13:
以文法G6为例消除左递归:
(1)A→aB
(2)A→Bb
(3)B→Ac
(4)B→d
解:
用产生式
(1),
(2)的右部代替产生式(3)中的非终结A得到左部为B的产生式:
(1)B→aBc
(2)B→Bbc
(3)B→d
消除左递归后得到:
B→aBcB'|dB'
B'→bcB'|ε
再把原来其余的产生式A→aB,A→Bb加入,最终得到等价文法为:
(1)A→aB
(2)A→Bb
(3)B→(aBc|d)B'
(4)B'→bcB'|ε
c)消除文法中一切左递归的算法
设非终结符按某种规则排序为A1,A2,…,An。
Fori﹕=1tondo
begin
Forj﹕=1toi-1do
begin
若Aj的所有产生式为:
Aj→δ1|δ2|…|δn
替换形如Ai→Ajγ的产生式为:
Ai→δ1γ|δ2γ|…|δnγ
end
消除Ai中的一切直接左递归
end
提取左因子伪代码P122
当两个或更多文法规则选择共享一个通用前缀时,需要提取左因子:
A→αβ|αγ
按如下规则提取左因子:
A→αA’
A’→β|γ
5、first集合follow集合算法伪代码P126P131
具体看书上的例子
First集合求法:
1.直接收取:
对形如U-a…的产生式(其中a是终结符),把a收入到First(U)中
2.反复传送:
对形入U-P…的产生式(其中P是非终结符),应把First(P)中的全部内容传送到First(U)中。
Follow集合求法:
1.直接收取:
注意产生式右部的每一个形如“…Ua…”的组合,把a直接收入到Follow(U)中。
2.直接收取:
对形如“…UP…”(P是非终结符)的组合,把First(P)除ε直接收入到Follow(U)中。
3.反复传送:
对形如P-…U的产生式(其中U是非终结符),应把Follow(P)中的全部内容传送到Follow(U)中。
(或P-…UB且First(B)包含ε,则把First(B)除ε直接收入到Follow(U)中,并把Follow(P)中的全部内容传送到Follow(U)中)
6、写递归下降子程序伪代码 P106
递归下降:
将一个非终结符A的文法规则看作将识别A的一个过程的定义
一个if语句(简化了的)文法规则是:
if-stmt→if(exp)statement
| if(exp)statementelsestatement
伪代码:
procedureifstmt;
begin
match(if);
match(();
exp;
match());
statement;
iftoken = elsethen
match(else);
statement;
endif;
endifstmt;
给出基于DFA进行词法分析的表驱动的实现算法p44
state:
=1;ch:
=nextinputcharacter;
whilenotaccept[state]andnoterror(state)do
newstate:
=T[state,ch];
ifadvance[state,ch]thench:
=nextinputchracter;
State:
=newstate;
endwhile;
ifaccept[state]thenaccpet;
7、上下文无关文法BNFEBNF 最左最右推导
1、定义 :
上下文无关文法G是一个四元组G = (N,T,P,S),其中
N是非终结符的有限集合;
T是终结符或单词的有限集合,它与N不相交;
P是形如A →α的产生式的有限集合,其中A∈N,α∈V﹡,V=T∪N
S是N中的区分符号,称为开始符号或句子符号。
V中的符号称为文法符号,包括终结符和非终结符。
2、Backus-Naur符号(就是众所周知的BNF或Backus-Naur Form)是描述语言的形式化的数学方法,由John Backus (也许是Peter Naur)开发,用于描述Algol 60编程语言的语法。
3、EBNF(扩展的BNF)使用花括号{…}表示重复,方括号[...]表示可选
EBNF中注意重复和可选的表示方法,语法图【可视的表示EBNF规则的图形表示法】
上下文无关文法说明程序设计语言的语法结构,利用了与正则表达式中极为类似的命名惯例和运算。
二者的主要区别在于上下文无关文法的规则是递归的(recursive)
最左推导(leftmostderivation)是指它的每一步中最左的非终结符都要被替换的推导
最右推导(rightmostderivation)则是指它的每一步中最右的非终结符都要被替换的推导。
最左推导和与其相关的分析树的内部节点的前序编号相对应;最右推导则和后序编号相对应
最右推导的一个例子:
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