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编译原理讲义.doc

编译原理讲义

拆散的谎言
2019-04-29 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《编译原理讲义doc》,可适用于高等教育领域

第章引论第题解释下列术语:()编译程序()源程序()目标程序()编译程序的前端()后端()遍答案:()编译程序:如果源语言为高级语言目标语言为某台计算机上的汇编语言或机器语言则此翻译程序称为编译程序。()源程序:源语言编写的程序称为源程序。()目标程序:目标语言书写的程序称为目标程序。()编译程序的前端:它由这样一些阶段组成:这些阶段的工作主要依赖于源语言而与目标机无关。通常前端包括词法分析、语法分析、语义分析和中间代码生成这些阶段某些优化工作也可在前端做也包括与前端每个阶段相关的出错处理工作和符号表管理等工作。()后端:指那些依赖于目标机而一般不依赖源语言只与中间代码有关的那些阶段即目标代码生成以及相关出错处理和符号表操作。()遍:是对源程序或其等价的中间语言程序从头到尾扫视并完成规定任务的过程。第题一个典型的编译程序通常由哪些部分组成?各部分的主要功能是什么?并画出编译程序的总体结构图。答案:一个典型的编译程序通常包含个组成部分它们是词法分析程序、语法分析程序、语义分析程序、中间代码生成程序、中间代码优化程序、目标代码生成程序、表格管理程序和错误处理程序。其各部分的主要功能简述如下。词法分析程序:输人源程序拼单词、检查单词和分析单词输出单词的机内表达形式。语法分析程序:检查源程序中存在的形式语法错误输出错误处理信息。语义分析程序:进行语义检查和分析语义信息并把分析的结果保存到各类语义信息表中。中间代码生成程序:按照语义规则将语法分析程序分析出的语法单位转换成一定形式的中间语言代码如三元式或四元式。中间代码优化程序:为了产生高质量的目标代码对中间代码进行等价变换处理。目标代码生成程序:将优化后的中间代码程序转换成目标代码程序。表格管理程序:负责建立、填写和查找等一系列表格工作。表格的作用是记录源程序的各类信息和编译各阶段的进展情况编译的每个阶段所需信息多数都从表格中读取产生的中间结果都记录在相应的表格中。可以说整个编译过程就是造表、查表的工作过程。需要指出的是这里的“表格管理程序”并不意味着它就是一个独立的表格管理模块而是指编译程序具有的表格管理功能。错误处理程序:处理和校正源程序中存在的词法、语法和语义错误。当编译程序发现源程序中的错误时错误处理程序负责报告出错的位置和错误性质等信息同时对发现的错误进行适当的校正(修复)目的是使编译程序能够继续向下进行分析和处理。注意:如果问编译程序有哪些主要构成成分只要回答六部分就可以。如果搞不清楚就回答八部分。第题何谓翻译程序、编译程序和解释程序?它们三者之间有何种关系?答案:翻译程序是指将用某种语言编写的程序转换成另一种语言形式的程序的程序如编译程序和汇编程序等。编译程序是把用高级语言编写的源程序转换(加工)成与之等价的另一种用低级语言编写的目标程序的翻译程序。解释程序是解释、执行高级语言源程序的程序。解释方式一般分为两种:一种方式是源程序功能的实现完全由解释程序承担和完成即每读出源程序的一条语句的第一个单词则依据这个单词把控制转移到实现这条语句功能的程序部分该部分负责完成这条语句的功能的实现完成后返回到解释程序的总控部分再读人下一条语句继续进行解释、执行如此反复另一种方式是一边翻译一边执行即每读出源程序的一条语句解释程序就将其翻译成一段机器指令并执行之然后再读人下一条语句继续进行解释、执行如此反复。无论是哪种方式其加工结果都是源程序的执行结果。目前很多解释程序采取上述两种方式的综合实现方案即先把源程序翻译成较容易解释执行的某种中间代码程序然后集中解释执行中间代码程序最后得到运行结果。广义上讲编译程序和解释程序都属于翻译程序但它们的翻译方式不同解释程序是边翻译(解释)边执行不产生目标代码输出源程序的运行结果。而编译程序只负责把源程序翻译成目标程序输出与源程序等价的目标程序而目标程序的执行任务由操作系统来完成即只翻译不执行。第题对下列错误信息请指出可能是编译的哪个阶段(词法分析、语法分析、语义分析、代码生成)报告的。()else没有匹配的if()数组下标越界()使用的函数没有定义()在数中出现非数字字符答案:()语法分析()语义分析()语法分析()词法分析第题编译程序大致有哪几种开发技术?答案:()自编译:用某一高级语言书写其本身的编译程序。()交叉编译:A机器上的编译程序能产生B机器上的目标代码。()自展:首先确定一个非常简单的核心语言L用机器语言或汇编语言书写出它的编译程序T再把语言L扩充到L此时LL,并用L编写L的编译程序T再把语言L扩充为L有LL,并用L编写L的编译程序T……如此逐步扩展下去好似滚雪球一样直到我们所要求的编译程序。()移植:将A机器上的某高级语言的编译程序搬到B机器上运行。第6题计算机执行用高级语言编写的程序有哪些途径它们之间的主要区别是什么答案:计算机执行用高级语言编写的程序主要途径有两种即解释与编译。像Basic之类的语言属于解释型的高级语言。它们的特点是计算机并不事先对高级语言进行全盘翻译将其变为机器代码而是每读入一条高级语句就用解释器将其翻译为一条机器代码予以执行然后再读入下一条高级语句翻译为机器代码再执行如此反复。总而言之是边翻译边执行。像CPascal之类的语言属于编译型的高级语言。它们的特点是计算机事先对高级语言进行全盘翻译将其全部变为机器代码再统一执行即先翻译后执行。从速度上看编译型的高级语言比解释型的高级语言更快。第章 PL编译程序的实现第题PL语言允许过程嵌套定义和递归调用试问它的编译程序如何解决运行时的存储管理。答案:PL语言允许过程嵌套定义和递归调用它的编译程序在运行时采用了栈式动态存储管理。(数组CODE存放的只读目标程序它在运行时不改变。)运行时的数据区S是由解释程序定义的一维整型数组解释执行时对数据空间S的管理遵循后进先出规则当每个过程(包括主程序)被调用时才分配数据空间退出过程时则所分配的数据空间被释放。应用动态链和静态链的方式分别解决递归调用和非局部变量的引用问题。第题若PL编译程序运行时的存储分配策略采用栈式动态分配并用动态链和静态链的方式分别解决递归调用和非局部变量的引用问题试写出下列程序执行到赋值语句b∶=时运行栈的布局示意图。varx,yprocedurepvaraprocedureqvarbbegin(q)b∶=end(q)proceduresvarc,dprocedurervare,fbegin(r)callqend(r)begin(s)callrend(s)begin(p)callsend(p)begin(main)callpend(main)答案:程序执行到赋值语句b∶=时运行栈的布局示意图为:第题写出题中当程序编译到r的过程体时的名字表table的内容。namekindlevelvaladrsize     答案:题中当程序编译到r的过程体时的名字表table的内容为:namekindlevelvaladrsizexvariabledxyvariabledxpprocedure过程p的入口(待填)avariabledxqprocedure过程q的入口sprocedure过程s的入口(待填)cvariabledxdvariabledxrprocedure过程r的入口evariabledxfvariabledx     注意:q和s是并列的过程所以q定义的变量b被覆盖。第题指出栈顶指针T最新活动记录基地址指针B动态链指针DL静态链指针SL与返回地址RA的用途。答案:栈顶指针T最新活动记录基地址指针B动态链指针DL静态链指针SL与返回地址RA的用途说明如下:T:栈顶寄存器T指出了当前栈中最新分配的单元(T也是数组S的下标)。B:基址寄存器指向每个过程被调用时在数据区S中给它分配的数据段起始地址也称基地址。SL:静态链指向定义该过程的直接外过程(或主程序)运行时最新数据段的基地址用以引用非局部(包围它的过程)变量时寻找该变量的地址。DL:动态链指向调用该过程前正在运行过程的数据段基地址用以过程执行结束释放数据空间时恢复调用该过程前运行栈的状态。RA:返回地址记录调用该过程时目标程序的断点即调用过程指令的下一条指令的地址用以过程执行结束后返回调用过程时的下一条指令继续执行。在每个过程被调用时在栈顶分配个联系单元用以存放SLDLRA。第题PL编译程序所产生的目标代码是一种假想栈式计算机的汇编语言请说明该汇编语言中下列指令各自的功能和所完成的操作。()INTA()OPR()CALLA答案:PL编译程序所产生的目标代码中有条非常重要的特殊指令这条指令在code中的位置和功能以及所完成的操作说明如下:INTA在过程目标程序的入口处开辟A个单元的数据段。A为局部变量的个数。OPR在过程目标程序的出口处释放数据段(退栈)恢复调用该过程前正在运行的过程的数据段基址寄存器B和栈顶寄存器T的值并将返回地址送到指令地址寄存器P中以使调用前的程序从断点开始继续执行。CALLA调用过程完成填写静态链、动态链、返回地址给出被调用过程的基地址值送入基址寄存器B中目标程序的入口地址A的值送指令地址寄存器P中使指令从A开始执行。第题给出对PL语言作如下功能扩充时的语法图和EBNF的语法描述。()扩充条件语句的功能使其为:if〈条件〉then〈语句〉else〈语句〉()扩充repeat语句为:repeat〈语句〉{〈语句〉}until〈条件〉答案:对PL语言作如下功能扩充时的语法图和EBNF的语法描述如下:()扩充条件语句的语法图为:EBNF的语法描述为:〈条件语句〉::=if〈条件〉then〈语句〉else〈语句〉()扩充repeat语句的语法图为:EBNF的语法描述为:〈重复语句〉::=repeat〈语句〉{〈语句〉}until〈条件〉第章 文法和语言第题文法G=({A,B,S},{a,b,c},P,S)其中P为:S→Ac|aBA→abB→bc写出L(GS)的全部元素。答案:L(GS)={abc}第题文法GN为:N→D|ND D→||||||||| GN的语言是什么?答案:GN的语言是V。V={,,,,,,,,,}N=>ND=>NDD=>NDDDDD=>DD或者:允许开头的非负整数?第3题为只包含数字、加号和减号的表达式例如+7等构造一个文法。答案:GS:S>SD|SD|DD>|||||||||第题已知文法GZ:Z→aZb|ab写出L(GZ)的全部元素。答案:Z=>aZb=>aaZbb=>aaaZbbb=>aaaabbbbL(GZ)={anbn|n>=}第题写一文法使其语言是偶正整数的集合。要求:()允许打头()不允许打头。答案:()允许开头的偶正整数集合的文法E→NT|DT→NT|DN→D|||||D→||||()不允许开头的偶正整数集合的文法E→NT|DT→FT|GN→D|||||D→|||F→N|G→D|第题已知文法G:<表达式>::=<项>|<表达式>+<项><项>::=<因子>|<项>*<因子><因子>::=(<表达式>)|i试给出下述表达式的推导及语法树。(5)i(ii)(6)ii*i答案:()<表达式><表达式>+<项><表达式>+<因子><表达式>+(<表达式>)<表达式>+(<表达式>+<项>)<表达式>+(<表达式>+<因子>)<表达式>+(<表达式>+i)<表达式>+(<项>+i)<表达式>+(<因子>+i)<表达式>+(i+i)<项>+(i+i)<因子>+(i+i)i+(i+i)()<表达式><表达式>+<项><表达式>+<项>*<因子><表达式>+<项>*i<表达式>+<因子>*i<表达式>+i*i<项>+i*i<因子>+i*ii+i*i第题证明下述文法G〈表达式〉是二义的。〈表达式〉∷=a|(〈表达式〉)|〈表达式〉〈运算符〉〈表达式〉〈运算符〉∷=||*|答案:可为句子aa*a构造两个不同的最右推导:最右推导〈表达式〉〈表达式〉〈运算符〉〈表达式〉〈表达式〉〈运算符〉a〈表达式〉*a〈表达式〉〈运算符〉〈表达式〉*a〈表达式〉〈运算符〉a*a〈表达式〉a*aaa*a最右推导〈表达式〉〈表达式〉〈运算符〉〈表达式〉〈表达式〉〈运算符〉〈表达式〉〈运算符〉〈表达式〉〈表达式〉〈运算符〉〈表达式〉〈运算符〉a〈表达式〉〈运算符〉〈表达式〉*a〈表达式〉〈运算符〉a*a〈表达式〉a*aaa*a第题文法GS为:S→Ac|aB A→ab B→bc该文法是否为二义的?为什么?答案:对于串abc()S=>Ac=>abc ()S=>aB=>abc即存在两不同的最右推导。所以该文法是二义的。或者:对输入字符串abc能构造两棵不同的语法树所以它是二义的。第题考虑下面上下文无关文法:S→SS*|SS|a()表明通过此文法如何生成串aaa*并为该串构造语法树。()GS的语言是什么?答案:()此文法生成串aaa*的最右推导如下S=>SS*=>SS*=>Sa*=>SSa*=>Saa*=>aaa*()该文法生成的语言是:*和的后缀表达式即逆波兰式。第题文法S→S(S)S|ε()生成的语言是什么?()该文法是二义的吗?说明理由。答案:()嵌套的括号()是二义的因为对于()()可以构造两棵不同的语法树。第题令文法GE为:E→T|ET|ETT→F|T*F|TFF→(E)|i证明ET*F是它的一个句型指出这个句型的所有短语、直接短语和句柄。答案:此句型对应语法树如右故为此文法一个句型。或者:因为存在推导序列: E=>ET=>ET*F所以ET*F句型此句型相对于E的短语有:ET*F相对于T的短语有T*F直接短语为:T*F句柄为:T*F第题一个上下文无关文法生成句子abbaa的推导树如下:()给出串abbaa最左推导、最右推导。()该文法的产生式集合P可能有哪些元素?()找出该句子的所有短语、直接短语、句柄。答案:()串abbaa最左推导:S=>ABS=>aBS=>aSBBS=>aBBS=>abBS=>abbS=>abbAa=>abbaa最右推导:S=>ABS=>ABAa=>ABaa=>ASBBaa=>ASBbaa=>ASbbaa=>Abbaa=>abbaa()产生式有:S→ABS|Aa|ε A→a B→SBB|b可能元素有:εaa ab abbaa aaabbaa ……()该句子的短语有:a是相对A的短语ε是相对S的短语b是相对B的短语εbb是相对B的短语aa是相对S的短语aεbbaa是相对S的短语直接短语有:aεb句柄是:a第题给出生成下述语言的上下文无关文法:(){anbnambm|nm>=}(){nmmn|nm>=}(){WaWr|W属于{|a}*Wr表示W的逆}答案:(1)S→AAA→aAb|ε(2)S→S|AA→A|ε(3)S→S|S|ε第题给出生成下述语言的三型文法:(){an|n>=}(){anbm|n,m>=}(){anbmck|n,m,k>=}答案:()S→aS|ε()S→aAA→aA|BB→bB|b()A→aA|BB→bB|CC→cC|ε第题习题7和习题中的文法等价吗?答案:等价。第题解释下列术语和概念:()字母表()串、字和句子()语言、语法和语义答案:(1)字母表:是一个非空有穷集合。(2)串:符号的有穷序列。字:字母表中的元素。句子:如果Z    x,xV*T 则称x是文法G的一个句子。(3)语言:它是由句子组成的集合是由一组记号所构成的集合。程序设计的语言就是所    有该语言的程序的全体。语言可以看成在一个基本符号集上定义的按一定规则构成的一切基本符号串组成的集合。语法:表示构成语言句子的各个记号之间的组合规律。程序的结构或形式。语义:表示按照各种表示方法所表示的各个记号的特定含义。语言所代表的含义。附加题问题:给出下述文法所对应的正规式:S→A|BA→S|B→S|答案:R=(|)(|)*问题:已知文法GA写出它定义的语言描述GA:A→B|CB→|A|BBC→|A|CC答案:GA定义的语言由、符号串组成串中和的个数相同问题:给出语言描述构造文法构造一文法,其定义的语言是由算符,*,(,)和运算对象a构成的算术表达式的集合答案一:GEE→ET|TT→T*F|FF→(E)|a答案二:GEE→EE|E*E|(E)|a问题:已知文法GS:S→dAB A→aA|a B→ε|bB相应的正规式是什么?GS能否改写成为等价的正规文法?答案:正规式是daa*b*相应的正规文法为(由自动机化简来):GS:S→dA A→a|aB B→aB|a|b|bC C→bC|b也可为(观察得来):GS:S→dA A→a|aA|aB B→bB|ε问题:已知文法G:E→ET|ET|T  T→T*F|TF|F F→(E)|i试给出下述表达式的推导及语法树()i ()i*ii ()ii*i ()i(ii)答案:()E=>T=>F=>i()E=>ET=>TT=>T*FT=>F*FT=>i*FT=>i*iT=>i*iF=>i*ii()E=>ET=>TT=>FT=>iT=>iT*F=>iF*F=>ii*F=>ii*i()E=>ET=>TT=>FT=>iT=>iF=>i(E)=>i(ET)=>i(TT)=>i(FT)=>i(iT)=>i(iF)=>i(ii)()()()问题:已知文法GE:E→ET|T T→TF*|F F→F^|a试证:FF^^*是文法的句型指出该句型的短语、简单短语和句柄答案:该句型对应的语法树如下:该句型相对于E的短语有FF^^*相对于T的短语有FF^^*,F相对于F的短语有F^F^^简单短语有FF^句柄为F问题:适当变换文法找到下列文法所定义语言的一个无二义的文法:SSaSSbSScSd答案:该文法的形式很典型可以先采用优先级联规则变换文法然后再规定结合性对文法做进一步变换即可消除二义性。设a、b和c的优先级别依次增高根据优先级联规则将文法变换为:SSaSAAAbACCCcCd规定结合性为左结合进一步将文法变换为:SSaAAAAbCCCCcFFFd该文法为非二义的。问题:构造产生如下语言的上下文无关文法:(){anbncm|nm≥}(){anbmcm|nm≥}(){ambnmn}(){ambncpdqmn=pq}(){uawbu,w{a,b}*|u|=|w|}答案:()根据上下文无关文法的特点要产生形如anbncm的串可以分别产生形如anbn和形如cm的串。设计好的文法是否就是该语言的文法?严格地说应该给出证明。但若不是特别指明通常可以忽略这一点。对于该语言存在一个由以下产生式定义的上下文无关文法GS:SABAaAbbBcB()同样要产生形如anbmcm的串可以分别产生形如an和形如bmcm的串。对于该语言存在一个由以下产生式定义的上下文无关文法GS:SABAaABbBcc()考虑在先产生同样数目的a,b然后再生成多余的a。以下GS是一种解法:SaSbaS()以下GS是一种解法:SaSdADAbAdBDaDcBBbBc注:a不多于d时b不少于c反之a不少于d时b不多于c。前一种情形通过对应A后一种情形对应D。()以下GS是一种解法:SAbABABaBab问题:下面的文法G(S)描述由命题变量p、q联结词(合取)、(析取)、(否定)构成的命题公式集合:SSTTTTFFFFpq试指出句型Fqp的直接短语(全部)以及句柄。答案:   直接短语:pqF句柄:F问题:设字母表A={a}符号串x=aaa写出下列符号串及其长度:x,xx,x以及A答案:x=(aaa)=ε  |x|=  xx=aaaaaa |xx|=x=aaaaaaaaaaaaaaa |x|=A=A∪A∪…∪An∪…={a,aa,aaa,aaaa,aaaaa…}A*=A∪A∪A∪…∪An∪…={ε,a,aa,aaa,aaaa,aaaaa…} 问题:令∑={abc}又令x=abcy=bz=aab写出如下符号串及它们的长度:xyxyz(xy)答案:xy=abcb |xy|=xyz=abcbaab |xyz|=(xy)=(abcb)=abcbabcbabcb |(xy)|=问题:已知文法GZ:Z∷=U∣V、 U∷=Z∣ 、 V∷=Z∣,请写出全部由此文法描述的只含有四个符号的句子。答案:Z=>U=>Z=>U=>Z=>U=>Z=>V=>Z=>V=>Z=>U=>

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