软件工程-基础课程-编译原理_编译器概述与历史.docx

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编译原理基础

1编译器的基本概念

编译器是一种计算机程序，其主要功能是将用高级编程语言编写的源代码转换为机器语言或另一种高级语言的代码。这个过程涉及到词法分析、语法分析、语义分析、优化和目标代码生成等步骤。编译器的目标是提高编程效率，确保代码的正确性和优化执行性能。

1.1词法分析

词法分析器（也称为扫描器或词法解析器）负责将源代码分解成一系列的词法单元（tokens），如关键字、标识符、运算符和常量等。例如，对于以下C语言代码：

intmain(){

intx=5;

returnx;

}

词法分析器会将其分解为以下词法单元：

int

main

(

)

{

int

x

=

5

;

return

x

;

}

1.2语法分析

语法分析器（也称为解析器）负责检查词法单元序列是否符合源语言的语法规则，并构建抽象语法树（AST）。例如，对于上述C语言代码，语法分析器会构建如下AST：

Program

├──Declaration:intmain()

│└──CompoundStatement

│├──Declaration:intx

││└──Assignment:x=5

│└──ReturnStatement:returnx

1.3语义分析

语义分析器负责检查代码的语义正确性，如类型检查、作用域分析等。例如，对于以下C语言代码：

intx=5;

x=Hello;

语义分析器会检测到类型不匹配的错误，因为x被声明为整型，而赋值语句试图将其赋值为字符串。

2编译器的工作流程

编译器的工作流程可以分为以下几个阶段：

词法分析：将源代码分解成词法单元。

语法分析：检查词法单元序列是否符合语法规则，并构建AST。

语义分析：检查代码的语义正确性，如类型检查、作用域分析等。

优化：对AST进行优化，以提高生成的目标代码的执行效率。

目标代码生成：将优化后的AST转换为目标代码，通常是机器语言或字节码。

3编译器的组成部分

编译器通常由以下几个主要部分组成：

前端：负责词法分析、语法分析和语义分析，通常与特定的源语言相关。

中间端：负责代码优化，通常与源语言和目标语言无关。

后端：负责目标代码生成，通常与特定的目标语言或机器相关。

3.1前端示例：词法分析器

以下是一个简单的词法分析器的Python实现，用于分析一个简单的语言，该语言只包含整数和加减运算符：

#词法分析器示例

classLexer:

def__init__(self,input):

self.input=input

self.position=0

defget_next_token(self):

current_char=self.input[self.position]

#跳过空格

whilecurrent_char.isspace():

self.position+=1

current_char=self.input[self.position]

#整数

ifcurrent_char.isdigit():

num=

whilecurrent_char.isdigit():

num+=current_char

self.position+=1

current_char=self.input[self.position]

return(INTEGER,int(num))

#加号

ifcurrent_char==+:

self.position+=1

return(PLUS,+)

#减号

ifcurrent_char==-:

self.position+=1

return(MINUS,-)

#未知字符

return(UNKNOWN,current_char)

#测试词法分析器

lexer=Lexer(123+456-789)

print(lexer.get_nex