《編譯原理》是編譯原理課程方面的經(jīng)典教材,全面、深入地探討了編譯器設(shè)計方面的重要主題,包括詞法分析、語法分析、語法制導(dǎo)定義和語法制導(dǎo)翻譯、運行時刻環(huán)境、目標(biāo)代碼生成、代碼優(yōu)化技術(shù)、并行性檢測以及過程間分析技術(shù),并在相關(guān)章節(jié)中給出大量的實例。與上一版相比,本書進行了全面修訂,涵蓋了編譯器開發(fā)方面最新進展。每章中都提供了大量的實例及參考文獻。
本書基于該書第2版進行改編,內(nèi)容更加精練和實用,體系更加符合國內(nèi)教學(xué)情況,適合作為高等院校計算機及相關(guān)專業(yè)本科生的編譯原理課程的教材,也是廣大研究人員和技術(shù)人員的極佳參考讀物。
本書是編譯領(lǐng)域無可替代的經(jīng)典著作,被廣大計算機專業(yè)人士譽為“龍書”。本書上一版自1986年出版以來,被世界各地的著名高等院校和研究機構(gòu)(包括美國哥倫比亞大學(xué)。斯坦福大學(xué)、哈佛大學(xué)、普林斯頓大學(xué)。貝爾實驗室)作為本科生和研究生的編譯原理課程的教材。該書對我國高等計算機教育領(lǐng)域也產(chǎn)生了重大影響。
第2版對每一章都進行了全面的修訂,以反映自上一版出版20多年來軟件工程、程序設(shè)計語言和計算機體系結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展對編譯技術(shù)的影響。第2版全面介紹了編譯器的設(shè)計,并強調(diào)編譯技術(shù)在軟件設(shè)計和開發(fā)中的廣泛應(yīng)用。每章中都包含大量的習(xí)題和豐富的參考文獻。
本書基于該書第2版進行改編,保留其中的基本內(nèi)容,壓縮或刪除了一些高級內(nèi)容,更適合作為國內(nèi)高校計算機及相關(guān)專業(yè)本科生編譯原理課程教材。
《編譯原理(本科教學(xué)版第2版)》是編譯領(lǐng)域無可替代的經(jīng)典著作,被廣大計算機專業(yè)人士譽為“龍書”。《編譯原理(本科教學(xué)版第2版)》上一版自1986年出版以來,被世界各地的著名高等院校和研究機構(gòu)(包括美國哥倫比亞大學(xué)、斯坦福大學(xué)、哈佛大學(xué)、普林斯頓大學(xué)、貝爾實驗室)作為本科生和研究生的編譯原理課程的教材。該書對我國高等計算機教育領(lǐng)域也產(chǎn)生了重大影響。編譯領(lǐng)域里程碑式的經(jīng)典著作——龍書,20年后終于出版新版!這是一個延綿30年的故事,這是一部關(guān)于龍書的傳奇!最新版本,增添兩章節(jié)內(nèi)容,使龍書地位更權(quán)威!
第2版對每一章都進行了全面的修訂,以反映自上一版出版20多年來軟件工程。程序設(shè)計語言和計算機體系結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展對編譯技術(shù)的影響!毒幾g原理(本科教學(xué)版第2版)》全面介紹了編譯器的設(shè)計,并強調(diào)編譯技術(shù)在軟件設(shè)計和開發(fā)中的廣泛應(yīng)用。每章中都包含大量的習(xí)題和豐富的參考文獻。
《編譯原理(本科教學(xué)版第2版)》適合作為高等院校計算機專業(yè)本科生和研究生的編譯原理與技術(shù)課程的教材,也可供廣大計算機技術(shù)人員參考。
1977年,Alfred V.Aho和Jeffrey D.Ullman合作出版了《Principies of Compilet Design》,封面是一位騎士和一只恐龍,那恐龍是綠色的,因此被稱為龍書或綠龍書。
1986年,原來的兩位作者加上Ravi Sethi,升級了前一《編譯原理(本科教學(xué)版第2版)》,書名改為《compiIers:Principles,Techniques and Tools》,封面依然沿用騎士和恐龍,那恐龍是紅色的,因此被稱為龍書二或者紅龍書。
又過了一個9年又一個9年,編譯領(lǐng)域的巨無霸——龍書始終都沒有升級。
終于在2006年底,龍書升級了。作者又增加了Monica S.Lam,名字與龍書二相同,封面依然沿用恐龍和武士的設(shè)計,這次的龍是紫色的,因此被稱為龍書三或者紫龍書。
構(gòu)造編譯器的原理和技術(shù)是計算機科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中一個非常重要的組成部分,指導(dǎo)人們構(gòu)造能夠生成正確。高效的代碼的編譯器,F(xiàn)在的絕大部分軟件都是使用高級程序設(shè)計語言編寫的,需要使用編譯器來得到可運行代碼,因此編譯原理和技術(shù)對于構(gòu)造正確?煽。高效的軟件是非常重要的。經(jīng)過了50年的研究發(fā)展,編譯技術(shù)已經(jīng)使得人們可以為各種高級編程機制生成高效的代碼,使得人們可以使用更加抽象的語言來編寫高效的軟件。但硬件技術(shù)的進步仍然對編譯技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。比如多核PU的廣泛應(yīng)用要求更優(yōu)秀的程序分析技術(shù)和并行編譯器。因此,編譯原理和技術(shù)在將來仍然是一個重要的研究課題。
Aho等人編寫的《編譯原理》是一本經(jīng)典的教材。這本書不僅包含了編譯器構(gòu)造的基本原理和技術(shù),還包含了很多和編譯相關(guān)的高級技術(shù)。對于專業(yè)技術(shù)人員來說,這是一本很全面的參考書目。但是書中的很多內(nèi)容超出了本科教學(xué)的要求,不符合中國的本科教材的習(xí)慣。因此,出版社委托我們對這本書進行改編,主要的工作是刪減一些不需要在本科教學(xué)過程中講授的內(nèi)容。保留下的內(nèi)容包括詞法分析。語法分析。語義分析。中間代碼生成,以及運行時刻環(huán)境。優(yōu)化和代碼生成方法的基本技術(shù)。
我們刪去了原書的第十章。第十一章和第十二章。這三章的內(nèi)容是關(guān)于并行性和程序分析的高級議題,一般不對本科生講授。此外,我們對原書第九章機器無關(guān)優(yōu)化的內(nèi)容進行了刪減,保留了一些基本的數(shù)據(jù)流優(yōu)化算法。我們還刪減了一些高級的算法和技術(shù),包括運行時刻環(huán)境中的短停頓垃圾收集算法。類型檢查中的類型推導(dǎo)和合一算法,高效構(gòu)造DF算法等。另外,我們還刪去了一些與實現(xiàn)細節(jié)有關(guān)的技術(shù),比如詞法分析中緩沖區(qū)的管理。語法分析中LR分析表的壓縮技術(shù)等。刪去了這些高級內(nèi)容之后,保留部分已經(jīng)可以在一個學(xué)期的本科生課程中講完。當(dāng)然,考慮到不同學(xué)校有不同的專業(yè)要求,任課教師仍然可以考慮舍棄一些內(nèi)容,比如第八章中關(guān)于代碼生成的高級議題編譯原理是一門比較難學(xué)的課程。主要原因在于它包含了很多理論性的東西,抽象程度比較高,而且還包含了很多復(fù)雜的算法和用于編譯器構(gòu)造的抽象數(shù)學(xué)概念。我建議學(xué)生學(xué)習(xí)的時候可以先閱讀本書的第二章。第二章的內(nèi)容可以幫助大家了解編譯器的基本構(gòu)造和功能,然后在學(xué)習(xí)后續(xù)各章節(jié)的時候加深理解。自己動手編寫一個小型語言的編譯器也是一個很好的學(xué)習(xí)方法。使用Y和Lex等工具之后,編寫一個這樣的編譯器并不需要很大的工作量,卻可以有效幫助大家深入理解各種編譯技術(shù)。
Alfred V.Aho,博士是哥倫比亞大學(xué)計算機科學(xué)系主管本科生教學(xué)的副主任,tEEEFe,10w,美國科學(xué)與藝術(shù)學(xué)院及國家工程學(xué)院院士,曾獲得IEEE的馮·諾伊曼獎。他是《編譯原理》(Compiler:Principles,Techniques,andTools)的第一作者。他目前的研究方向為量子計算、程式設(shè)計語言.編譯器和算法等。
Ravi Sethi,Avaya實驗室總裁,曾任貝爾實驗室高級副總裁和Lucent Technologies通信軟件的CTO。他曾在賓夕法尼亞州立大學(xué),亞利桑那州立大學(xué)和普林斯頓大學(xué)任教,是ACM會士。
Monica S.Lam,斯坦福大學(xué)計算機科學(xué)系教授,曾任Tensilica的首席科學(xué)家,也是Moka5的首任CEO。曾經(jīng)主持SUIF項目,該項目產(chǎn)生了最流行的研究用編譯器之一。
出版者的話
改編者序
前言
第1章 引論
1.1 語言處理器
1.2 一個編譯器的結(jié)構(gòu)
1.2.1 詞法分析
1.2.2 語法分析
1.2.3 語義分析
1.2.4 中間代碼生成
1.2.5 代碼優(yōu)化
1.2.6 代碼生成
1.2.7 符號表管理
1.2.8 將多個步驟組合成趟
1.2.9 編譯器構(gòu)造工具
1.3 程序設(shè)計語言的發(fā)展歷程
1.3.1 走向高級程序設(shè)計語言
1.3.2 對編譯器的影響
1.3.3 1.3節(jié)的練習(xí)
1.4 構(gòu)建一個編譯器的相關(guān)科學(xué)
1.4.1 編譯器設(shè)計和實現(xiàn)中的建模
1.4.2 代碼優(yōu)化的科學(xué)
1.5 編譯技術(shù)的應(yīng)用
1.5.1 高級程序設(shè)計語言的實現(xiàn)
1.5.2 針對計算機體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)化
1.5.3 新計算機體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計
1.5.4 程序翻譯
1.5.5 軟件生產(chǎn)率工具
1.6 程序設(shè)計語言基礎(chǔ)
1.6.1 靜態(tài)和動態(tài)的區(qū)別
1.6.2 環(huán)境與狀態(tài)
1.6.3 靜態(tài)作用域和塊結(jié)構(gòu)
1.6.4 顯式訪問控制
1.6.5 動態(tài)作用域
1.6.6 參數(shù)傳遞機制
1.6.7 別名
1.6.8 1.6節(jié)的練習(xí)
1.7 第1章總結(jié)
1.8 第1章參考文獻
第2章 一個簡單的語法制導(dǎo)翻譯器
2.1 引言
2.2 語法定義
2.2.1 文法定義
2.2.2 推導(dǎo)
2.2.3 語法分析樹
2.2.4 二義性
2.2.5 運算符的結(jié)合性
2.2.6 運算符的優(yōu)先級
2.2.7 2.2節(jié)的練習(xí)
2.3 語法制導(dǎo)翻譯
2.3.1 后綴表示
2.3.2 綜合屬性
2.3.3 簡單語法制導(dǎo)定義
2.3.4 樹的遍歷
2.3.5 翻譯方案
2.3.6 2.3節(jié)的練習(xí)
2.4 語法分析
2.4.1 自頂向下分析方法
2.4.2 預(yù)測分析法
2.4.3 何時使用產(chǎn)生式
2.4.4 設(shè)計一個預(yù)測分析器
2.4.5 左遞歸
2.4.6 2.4節(jié)的練習(xí)
2.5 簡單表達式的翻譯器
2.5.1 抽象語法和具體語法
2.5.2 調(diào)整翻譯方案
2.5.3 非終結(jié)符號的過程
2.5.4 翻譯器的簡化
2.5.5 完整的程序
2.6 詞法分析
2.6.1 剔除空白和注釋
2.6.2 預(yù)讀
2.6.3 常量
2.6.4 識別關(guān)鍵字和標(biāo)識符
2.6.5 詞法分析器
2.6.6 2.6節(jié)的練習(xí)
2.7 符號表
2.7.1 為每個作用域設(shè)置一個符號表
2.7.2 符號表的使用
2.8 生成中間代碼
2.8.1 兩種中間表示形式
2.8.2 語法樹的構(gòu)造
2.8.3 靜態(tài)檢查
2.8.4 三地址碼
2.8.5 2.8節(jié)的練習(xí)
2.9 第2章總結(jié)
2.5.5 完整的程序
2.6 詞法分析
2.6.1 剔除空白和注釋
2.6.2 預(yù)讀
2.6.3 常量
2.6.4 識別關(guān)鍵字和標(biāo)識符
2.6.5 詞法分析器
2.6.6 2.6節(jié)的練習(xí)
2.7 符號表
2.7.1 為每個作用域設(shè)置—個符號表
2.7.2 符號表的使用
2.8 生成中間代碼
2.8.1 兩種中間表示形式
2.8.2 語法樹的構(gòu)造
2.8.3 靜態(tài)檢查
2.8.4 三地址碼
2.8.5 2.8節(jié)的練習(xí)
2.9 第2章總結(jié)
第3章 詞法分析
3.1 詞法分析器的作用
3.1.1 詞法分析及語法分析
3.1.2 詞法單元、模式和詞素
3.1.3 詞法單元的屬性
3.1.4 詞法錯誤
3.1.5 3.1節(jié)的練習(xí)
3.2 詞法單元的規(guī)約
3.2.1 串和語言
3.2.2 語言上的運算
3.2.3 正則表達式
3.2.4 正則定義
3.2.5 正則表達式的擴展
3.2.6 3.2 節(jié)的練習(xí)
3.3 詞法單元的識別
3.3.1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖
3.3.2 保留字和標(biāo)識符的識別
3.3.3 完成我們的例子
3.3.4 基于狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的詞法分析器的體系結(jié)構(gòu)
3.3.5 3.3 節(jié)的練習(xí)
3.4 詞法分析器生成工具Lex
3.4.1 Lex的使用
3.4.2 Lex程序的結(jié)構(gòu)
3.4.3 Lex中的沖突解決
3.4.4 向前看運算符
3.4.5 3.4節(jié)的練習(xí)
3.5 有窮自動機
3.5.1 不確定的有窮自動機
3.5.2 轉(zhuǎn)換表
3.5.3 自動機中輸入字符串的接受
3.5.4 確定的有窮自動機
3.5.5 3.5節(jié)的練習(xí)
3.6 從正則表達式到自動機
3.6.1 從NFA到DFA的轉(zhuǎn)換
3.6.2 最小化一個DFA的狀態(tài)數(shù)
3.6.3 從正則表達式構(gòu)造NFA
3.6.4 字符串處理算法的效率
3.6.5 3.6節(jié)的練習(xí)
3.7 詞法分析器生成工具的設(shè)計
3.7.1 生成的詞法分析器的結(jié)構(gòu)
3.7.2 詞法分析器使用的DFA
3.7.3 詞法分析器的狀態(tài)最小化
3.7.4 實現(xiàn)向前看運算符
3.7.5 3.7節(jié)的練習(xí)
3.8 第3章總結(jié)
3.9 第3章參考文獻
夥4章 語法分析
4.1 引論
4.1.1 語法分析器的作用
4.1.2 代表性的文法
4.1.3 語法錯誤的處理
4.1.4 錯誤恢復(fù)策略
4.2 上下文無關(guān)文法
4.2.1 上下文無關(guān)文法的正式定義
4.2.2 符號表示的約定
4.2.3 推導(dǎo)
4.2.4 語法分析樹和推導(dǎo)
4.2.5 二義性
4.2.6 驗證文法生成的語言
4.2.7 上下文無關(guān)文法和正則表達式
4.2.8 4.2節(jié)的練習(xí)
4.3 設(shè)計文法
4.3.1 詞法分析和語法分析
4.3.2 消除二義性
4.3.3 左遞歸的消除
4.3.4 提取左公因子
4.3.5 非上下文無關(guān)語言的構(gòu)造
4.3.6 4.3節(jié)的練習(xí)
4.4 自頂向下的語法分析
4.4.1 遞歸下降的語法分析
4.4.2 FIRST和FOLLOW
4.4.3 LL(1)文法
4.4.4 非遞歸的預(yù)測分析
4.4.5 預(yù)測分析中的錯誤恢復(fù)
4.4.6 4.4節(jié)的練習(xí)
4.5 自底向上的語法分析
4.5.1 歸約
4.5.2 句柄剪枝
4.5.3 移人一歸約語法分析技術(shù)
4.5.4 移入一歸約語法分析中的沖突
4.5.5 4.5節(jié)的練習(xí)
4.6 LR語法分析技術(shù)介紹:簡單LR技術(shù)
4.6.1 為什么使用LR語法分析器
4.6.2 項和LR(0)自動機
4.6.3 LR語法分析算法
4.6.4 構(gòu)造SLR語法分析表
4.6.5 可行前綴
4.6.6 4.6節(jié)的練習(xí)
4.7 更強大的LR語法分析器
4.7.1 規(guī)范LR(1)項
4.7.2 構(gòu)造LR(1)項集
4.7.3 規(guī)范LR(1)語法分析表
4.7.4 構(gòu)造LALR語法分析表
4.7.5 高效構(gòu)造LALR語法分析表的方法
4.7.6 4.7節(jié)的練習(xí)
4.8 使用二義性文法
4.8.1 用優(yōu)先級和結(jié)合性解決沖突
4.8.2 “懸空=else”的二義性
4.8.3 LR語法分析中的錯誤恢復(fù)
4.8.4 4.8節(jié)的練習(xí)
4.9 語法分析器生成工具
4.9.1 語法分析器生成工具Yacc
4.9.2 使用帶有二義性文法的Yacc規(guī)約
4.9.3 用Lex創(chuàng)建Yacc的詞法分析器
4.9.4 Yacc中的錯誤恢復(fù)
4.9.5 4.9節(jié)的練習(xí)
4.10 第4章總結(jié)
4.11 第4章參考文獻
第5章 語法制導(dǎo)的翻譯
第6章 中間代碼生成
第7章 運行時刻環(huán)境
第8章 代碼生成
第9章 機器無關(guān)優(yōu)化
附錄 一個完整的編譯器前端
第1章 引論
程序設(shè)計語言是向人以及計算機描述計算過程的記號。如我們所知,這個世界依賴于程序設(shè)計語言,因為在所有計算機上運行的所有軟件都是用某種程序設(shè)計語言編寫的。但是,在一個程序可以運行之前,它首先需要被翻譯成一種能夠被計算機執(zhí)行的形式。
完成這項翻譯工作的軟件系統(tǒng)稱為編譯器(compiler)。
本書介紹的是設(shè)計和實現(xiàn)編譯器的方法。我們將介紹用于構(gòu)建面向多種語言和機器的翻譯器的一些基本思想。編譯器設(shè)計的原理和技術(shù)還可以用于編譯器設(shè)計之外的眾多領(lǐng)域。因此,這些原理和技術(shù)通常會在一個計算機科學(xué)家的職業(yè)生涯中多次被用到。研究編譯器的編寫將涉及程序設(shè)計語言、計算機體系結(jié)構(gòu)、形式語言理論、算法和軟件工程。
在本章中,我們將介紹語言翻譯器的不同形式,在高層次上概述一個典型編譯器的結(jié)構(gòu),并討論了程序設(shè)計語言和硬件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。這些趨勢將影響編譯器的形式。我們還將介紹關(guān)于編譯器設(shè)計和計算機科學(xué)理論的關(guān)系的一些事實,并給出編譯技術(shù)在編譯領(lǐng)域之外的一些應(yīng)用。最后,我們將簡單論述在我們研究編譯器時需要用到的重要的程序設(shè)計語言概念。