Лекции по конструированию компиляторов. В.А. Серебряков (1134687)
Текст из файла
0
В.А.Серебряков
Лекции по
конструированию компиляторов
Москва
1997
Предисловие
Предлагаемая вниманию читателя книга основана на курсе лекций, прочитанных автором на факультете вычислительной математики и кибернетики Московского государственного университета в 1991-1993 гг. Автор надеется, что издание книги восполнит существенный пробел в литературе на руссом языке по разработке компиляторов.
Содержание книги представляет собой "классические" разделы предмета: лексический и синтаксический анализ, организация памяти транслятора (таблицы символов) и периода исполнения (магазина), генерация кода, в частности генерация арифметических и логических выражений. Рассматриваются некоторые средства автоматизации процесса разработки трансляторов, такие как LEX, YACC, Супер, методы генерации оптимального кода. Сделана попытка на протяжении всего изложения провести единую "атрибутную" точку зрения на процесс разработки компилятора. В книге не затрагиваются чрезвычайно важные вопросы глобальной оптимизации и разработки компиляторов для машин с параллельной архитектурой. Автор надеется восполнить эти пробелы в будущем.
Книга будет полезной как студентам и аспирантам программистских специальностей, так и профессионалам в этих областях.
Глава 1. Введение 6
1.1. Место компилятора в программном обеспечении 6
1.2. Структура компилятора 7
Глава 2. Лексический анализ 11
2.1. Регулярные множества и регулярные выражения 13
2.2. Конечные автоматы 14
2.3. Построение детерминированного конечного
автомата по недетерминированному 16
2.4. Построение детерминированного конечного
автомата по регулярному выражению 18
2.5. Построение детерминированного конечного
автомата с минимальным числом состояний 21
2.6. Программирование лексических анализаторов 23
2.7. Конструктор лексических анализаторов LEX 27
Глава 3. Синтаксический анализ 32
3.1. Основные понятия и определения 32
3.2. Таблично-управляемый предсказывающий разбор 34
3.2.1. Алгоритм разбора сверху-вниз 34
3.2.2. Множества FIRST и FOLLOW 38
3.2.3. Конструирование таблиц
предсказывающего анализатора 40
3.2.4. LL(1)-грамматики 41
3.2.5. Удаление левой рекурсии 42
3.2.6. Левая факторизация 44
3.2.7. Рекурсивный спуск 45
3.2.8. Диаграммы переходов для рекурсивного спуска 46
3.2.9. Восстановление после синтаксических ошибок 49
3.3. Разбор снизу-вверх типа сдвиг-свертка 50
3.3.1. Основа 50
3.3.2. LR(k)-анализаторы 52
3.3.3. LR грамматики 57
3.3.4. Конфликты разбора типа сдвиг-свертка 63
3.3.5. Восстановление после синтаксических ошибок 64
Глава 4. Элементы теории перевода 65
4.1. Преобразователи с магазинной памятью 65
4.2. Синтаксически управляемый перевод 66
4.3. Атрибутные грамматики 70
4.3.1. Определение атрибутных грамматик 70
4.3.2. Атрибутированное дерево разбора 71
4.3.3. Язык описания атрибутных грамматик 72
4.3.4. Классы атрибутных грамматик и их реализация 75
Глава 5. Контекстные условия языков программирования 77
5.1. Описание областей видимости и блочной структуры 77
5.2. Структура среды Модулы-2 78
5.3. Занесение в среду и поиск объектов 81
Глава 6. Организация таблиц символов компилятора 89
6.1. Таблицы идентификаторов и таблицы символов 89
6.2. Таблицы идентификаторов 90
6.3. Таблицы символов и таблицы расстановки 93
6.4. Функции расстановки 94
6.5. Таблицы на деревьях 96
6.6. Реализация блочной структуры 100
6.7. Сравнение различных методов реализации таблиц 100
Глава 7. Промежуточные представления программы 102
7.1. Представление в виде ориентированного графа 102
7.2. Трехадресный код 102
7.3. Линеаризованные представления 107
7.4. Виртуальная машина Java 109
7.5. Организация информации в генераторе кода 113
7.6. Уровень промежуточного представления 115
Глава 8. Генерация кода 116
8.1. Модель машины 116
8.2. Динамическая организация памяти 119
8.2.1. Организация магазина со статической цепочкой 120
8.2.1. Организация магазина с дисплеем 124
8.3. Назначение адресов 126
8.4. Трансляция переменных 128
8.5. Трансляция целых выражений 134
8.6. Распределение регистров при вычислении
арифметических выражений 136
8.7. Трансляция логических выражений 145
8.8. Выделение общих подвыражений 153
8.9. Генерация оптимального кода методами
синтаксического анализа 157
8.9.1. Сопоставление образцов 157
8.9.2. Синтаксический анализ для Т-грамматик 160
8.9.3. Выбор дерева вывода наименьшей стоимости 168
Литература 171
Глава 1. Введение
1.1. Место компилятора в программном обеспечении
Компиляторы составляют существенную часть программного обеспечения ЭВМ. Это связано с тем, что языки высокого уровня стали основным средством разработки программ. Только очень незначительная часть программного обеспечения, требующая особой эффективности, программируется с помощью ассемблеров. В настоящее время распространено довольно много языков программирования. Наряду с традиционными языками, такими, как Фортран, широкое распространение получили так называемые "универсальные языки" (Паскаль, Си, Модула-2, Ада и другие), а также некоторые специализированные (например, язык обработки списочных структур Лисп). Кроме того, большое распространение получили языки, связанные с узкими предметными областями, такие, как входные языки пакетов прикладных программ.
Для некоторых языков имеется довольно много реализаций. Например, реализаций Паскаля, Модулы-2 или Си для ЭВМ типа IBM/PC на рынке десятки.
С другой стороны, постоянно растущая потребность в новых компиляторах связана с бурным развитием архитектур ЭВМ. Это развитие идет по различным направлениям. Совершенствуются старые архитектуры как в концептуальном отношении, так и по отдельным, конкретным линиям. Это можно проиллюстрировать на примере микропроцессора Intel-80X86. Последовательные версии этого микропроцессора 8086, 80186, 80286, 80386, 80486, 80586 отличаются не только техническими характеристиками, но и, что более важно, новыми возможностями и, значит, изменением (расширением) системы команд. Естественно, это требует новых компиляторов (или модификации старых). То же можно сказать о микропроцессорах Motorola 68010, 68020, 68030, 68040.
В рамках традиционных последовательных машин возникает большое число различных направлений архитектур. Примерами могут служить архитектуры CISC, RISC. Такие ведущие фирмы, как Intel, Motorola, Sun, DEC, начинают переходить на выпуск машин с RISC-архитектурами. Естественно, для каждой новой системы команд требуется полный набор новых компиляторов с распространенных языков.
Наконец, бурно развиваются различные параллельные архитектуры. Среди них отметим векторные, многопроцессорные, с широким командным словом (вариантом которых являются суперскалярные ЭВМ). На рынке уже имеются десятки типов ЭВМ с параллельной архитектурой, начиная от супер-ЭВМ (Cray, CDC и другие), через рабочие станции (например, IBM/RS-6000) и кончая персональными (например, на основе микропроцессора I-860). Естественно, для каждой из машин создаются новые компиляторы для многих языков программирования. Здесь необходимо также отметить, что новые архитектуры требуют разработки совершенно новых подходов к созданию компиляторов, так что наряду с собственно разработкой компиляторов ведется и большая научная работа по созданию новых методов трансляции.
1.2. Структура компилятора
Обобщенная структура компилятора и основные фазы компиляции показаны на рис. 1.1.
На фазе лексического анализа (ЛА) входная программа, представляющая собой поток символов, разбивается на лексемы - слова в соответствии с определениями языка. Основным формализмом, лежащим в основе реализации лексических анализаторов, являются конечные автоматы и регулярные выражения. Лексический анализатор может работать в двух основных режимах: либо как подпрограмма, вызываемая синтаксическим анализатором за очередной лексемой, либо как полный проход, результатом которого является файл лексем.
В процессе выделения лексем ЛА может как самостоятельно строить таблицы имен и констант, так и выдавать значения для каждой лексемы при очередном обращении к нему. В этом случае таблица имен строится в последующих фазах (например, в процессе синтаксического анализа).
Лексический Диагностика
анализ Поток лексем
таблицы имен
Конечные и констант
автоматы
Синтаксический Диагностика
анализ
Дерево разбора
Контекстно- + таблицы
свободные имен и констант
грамматики
Контекстный
анализ Диагностика
Атрибутированное
Атрибутные дерево +
грамматики таблица символов
Генерация Промежуточная форма
промежуточного (префиксная, пост-
представления фиксная,тройки идр.)
СУ-трансляция
Оптимизация
Промежуточная форма
Потоковый (ориентированный граф)
анализ
Генерация кода
Таблицы решений,
Объектный
динамическое модуль
программирование и др
Рис. 1.1
Н
а этапе ЛА обнаруживаются некоторые (простейшие) ошибки (недопустимые символы, неправильная запись чисел, идентификаторов и др.).
Основная задача синтаксического анализа - разбор структуры программы. Как правило, под структурой понимается дерево, соответствующее разбору в контекстно-свободной грамматике языка. В настоящее время чаще всего используется либо LL(1)-анализ (и его вариант - рекурсивный спуск), либо LR(1)-анализ и его варианты (LR(0), SLR(1), LALR(1) и другие). Рекурсивный спуск чаще используется при ручном программировании синтаксического анализатора, LR(1) - при использовании систем автоматизации построения синтаксических анализаторов.
Характеристики
Тип файла документ
Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.
Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.
Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
