《编译原理》复习要点.docx
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《编译原理》复习要点
考试安排：
7月13日（20周周三），15：
00-17:
00,20208
填空10X1分、选择10X2分、简答4X5分、大题5X10分
考试大题：
循环优化
LL
（1）.定义之类的
算符优先算法
…
自下而上分析法（20分，选择、填空、大题）
第一章引论
一．编译程序（compiler）:
把某一种高级语言程序等价地转换成另一种低级语言程序（如汇编语言或机器语言程序）的程序
二．编译程序的工作的五个阶段:
词法分析、语法分析、中间代码产生、优化、目标代码产生
1.词法分析
任务:
输入源程序，对构成源程序的字符串进行扫描和分解，识别出一个个单词符号。
依循的原则：
构词规则
描述工具：
有限自动机
FORI:
=1TO100DO
保留字标识符等符整常数保留字整常数保留字
2.语法分析
任务:
在词法分析的基础上，根据语言的语法规则把单词符号串分解成各类语法单位。
依循的原则：
语法规则
述工具：
上下文无关文法
3.语义分析与中间代码产生
任务:
对各类不同语法范畴按语言的语义进行初步翻译。
（变量是否定义、类型是否正确等）
依循的原则：
语义规则
中间代码:
三元式，四元式，逆波兰记号，树形结构等。
是一种独立于具体硬件的记号系统。
例：
将Z:
=X+0.618*Y翻译成四元式为
（1）*0.618YT1
（2）+XT1T2
（3）:
=T2_Z
4.优化
任务：
对于前阶段产生的中间代码进行加工变换，以期在最后阶段产生更高效的目标代码。
依循的原则：
程序的等价变换规则
FORK:
=1TO100DO
BEGIN
M:
=I+10*K;
N:
=J+10*K;
END
4.目标代码产生
任务:
把中间代码变换成特定机器上的目标代码。
依赖于硬件系统结构和机器指令的含义
目标代码三种形式:
a）绝对指令代码:
可直接运行
b）可重新定位指令代码:
需要连接装配
c）汇编指令代码:
需要进行汇编
三.编译程序结构
▶编译程序总框（简答题5分）
第二章高级语言及其语法描述
2.1.1语法
词法规则：
单词符号的形成规则。
a）单词符号是语言中具有独立意义的最基本结构。
一般包括：
常数、标识符、基本字、算符、界符等。
b）描述工具：
正规式和有限自动机
语法规则：
语法单位的形成规则。
a）语法单位通常包括：
表达式、语句、分程序、过程、函数、程序等;
c）描述工具：
上下文无关文法
2.1.2语义
语义：
一组规则，用它可以定义一个程序的意义。
描述方法：
a）自然语言描述：
隐藏错误、二义性和不完整性
b）形式描述：
☞无二义性
☞完整性
多数语言中，算符的优先顺序如下：
▶乘幂（**或↑）
▶
优先级由高自低
一元负（-）
▶乘、除
▶加、减
▶
不同的语言对算符优先级的规定有差异，甚至差异很大！
关系符（<,=,>,<=,>=,<>）
▶非（¬，not）
▶与（Λ，&，and）
▶或（˅,|,or,）
▶隐含（或imp）
▶等值（或epui，或~）
2.3程序语言的语法描述
1.几个概念:
a）考虑一个有穷字母表∑字符集
b）其中每一个元素称为一个字符
c）∑上的字（也叫字符串）是指由∑中的字符所构成的一个有穷序列
d）不包含任何字符的序列称为空字，记为ε
e）用∑*表示∑上的所有字的全体,包含空字ε
例如:
设∑={a，b}，则∑*={ε,a,b,aa,ab,ba,bb,aaa,...}
f）∑*的子集U和V的连接（积）定义为UV＝{b|U&bV}
例如:
设：
U＝{a,aa},V＝{b,bb}那么：
UV={ab,abb,aab,aabb}
g）V自身的n次积记为Vn=VV…V
h）规定V0={}，令V*=V0∪V1∪V2∪V3∪…称V*是V的闭包;
记V＋＝VV*，称V+是V的正规闭包。
例如:
设：
U＝{a,aa}
那么：
U*={,a,aa,aaa,aaaa,…}
U＋={a,aa,aaa,aaaa,…}
i）0型（短语文法，图灵机）：
产生式形如：
其中：
（VTVN）*且至少含有一个非终结符；（VTVN）*
任何0型语言都是递归可枚举的。
j）1型（上下文有关文法，线性界限自动机）：
产生式形如：
其中：
||||，仅S例外。
意味着对非终结符进行替换时务必考虑上下文，并且，一般不允许替换成空串。
k）2型（上下文无关文法，非确定下推自动机）：
产生式形如：
A
其中：
AVN；（VTVN）*。
非终结符的替换可以不必考虑上下文。
l）3型（正规文法，有限自动机）：
右线性文法
产生式形如：
AB或A
其中：
VT*；A，BVN
左线性文法
产生式形如：
AB或A
其中：
VT*；A，BVN
正规文法的能力要比上下文无关文法弱得多。
四种类型描述能力比较
m）上下文无关文法的定义：
一个上下文无关文法G是一个四元式
G=（VT，VN，S，P），其中
VT：
终结符集合（非空）
VN：
非终结符集合（非空），且VTVN=
S：
文法的开始符号，SVN
P：
产生式集合（有限），每个产生式形式为
P，PVN，（VTVN）*
开始符S至少必须在某个产生式的左部出现一次。
例：
文法G1（A）：
Ac|Ab
G1（A）的语言?
解：
L（G1）={c，cb，cbb，}，以c开头，后继若干个b
n）定义：
如果一个文法存在某个句子对应两颗不同的语法树，则说这个文法是二义的。
G（E）：
Ei|E+E|E*E|（E）是二义文法。
o）语言的二义性：
一个语言是二义性的，如果对它不存在无二义性的文法。
可能存在G和G’，一个为二义的，一个为无二义的。
但L（G）=L（G’）
2.状态转换图
a）概念：
状态转换图是一张有限方向图。
b）结点代表状态，用圆圈表示。
c）状态之间用箭弧连结，箭弧上的标记（字符）代表射出结状态下可能出现的输入字符或字符类。
d）一张转换图只包含有限个状态，其中有一个为初态，至少要有一个终态
3.正规运算符优先顺序
在不致混淆时，括号可以省去，但规定算符的优先顺序为：
*（闭包）.（连接）|（或）
4.3型文法-正规式
G的任何产生式为AB或A
其中：
VT*；A，BVN
3型文法等价于正规式，所以也称正规文法。
3.3.2确定有限自动机（DFA）
对状态图进行形式化，则可以下定义：
自动机M是一个五元式M=（S,,f,S0,F）,其中：
a）S:
有穷状态集，
b）：
输入字母表（有穷），
c）f:
状态转换函数，为SS的单值部分映射，f（s，a）=s’表示：
当现行状态为s，输入字符为a时，将状态转换到下一状态s’。
我们把s’称为s的一个后继状态。
d）S0S是唯一的一个初态；
e）FS：
终态集（可空）。
例如：
DFAM=（{0，1，2，3}，{a，b}，f，0，{3}），其中：
f定义如下：
f（0，a）=1f（0，b）=2
f（1，a）=3f（1，b）=2
f（2，a）=1f（2，b）=3
f（3，a）=3f（3，b）=3
3.3.3非确定有限自动机（NFA）
定义：
一个非确定有限自动机（NFA）M是一个五元式M=（S,,f,S0,F），其中：
1S:
有穷状态集；
2：
输入字母表（有穷）；
3f:
状态转换函数，为S*2S的部分映射（非单值）；
4S0S是非空的初态集；
5FS：
终态集（可空）。
从状态图中看NFA和DFA的区别：
1弧上的标记可以是*中的一个字，而不一定是单个字符；
2同一个字可能出现在同状态射出的多条弧上。
DFA是NFA的特例。
定义：
对于任何两个有限自动机M和M’，如果L（M）=L（M’），则称M与M’等价。
自动机理论中一个重要的结论：
判定两个自动机等价性的算法是存在的。
对于每个NFAM存在一个DFAM’，使得L（M）=L（M’）。
亦即DFA与NFA描述能力相同。
把上述NFA确定化——采用子集法.
设I是M’的状态集的一个子集，定义I的-闭包-closure（I）为:
i）若sI，则s-closure（I）；
ii）若sI，则从s出发经过任意条弧而能到达的任何状态s’都属于-closure（I）
即-closure（I）=I{s’|从某个sI出发经过任意条弧能到达s’}
例：
设a是中的一个字符，定义Ia=-closure（J）
其中，J为I中的某个状态出发经过一条a弧而到达的状态集合。
3.3.4正规文法与有限自动机的等价性
定理：
1.对每一个右线性正规文法G或左线性正规文法G，都存在一个有限自动机（FA）M，使得L（M）＝L（G）。
2.对每一个FAM，都存在一个右线性正规文法GR和左线性正规文法GL，使得L（M）＝L（GR）＝L（GL）。
3.3.5正规式与有限自动机的等价性
定理：
1.对任何FAM，都存在一个正规式r，使得L（r）=L（M）。
2.对任何正规式r，都存在一个FAM，使得L（M）=L（r）。
2对转换图概念拓广，令每条弧可用一个正规式作标记。
（对一类输入符号）
3.3.6确定有限自动机的化简
▶对DFAM的化简:
寻找一个状态数比M少的DFAM’，使得L（M）=L（M’）
▶假设s和t为M的两个状态，称s和t等价:
如果从状态s出发能读出某个字而停止于终态，那么同样，从t出发也能读出而停止于终态；反之亦然。
▶两个状态不等价，则称它们是可区别的。
▶对一个DFAM最少化的基本思想:
把M的状态集划分为一些不相交的子集，使得任何两个不同子集的状态是可区别的，而同一子集的任何两个状态是等价的。
最后，让每个子集选出一个代表，同时消去其他状态。
I
（1）={0,1,2}I
（2）={3,4,5,6}
Ia
（1）={1,3}
I（11）={0,2}I（12）={1}I
（2）={3,4,5,6}
I（11）={0,2}
Ia（11）={1}Ib（11）={2,5}
I（111）={0}I（112）={2}I（12）={1}I
（2）={3,4,5,6}
Ia
（2）={3,6}Ia
（2）={4,5}
第四章语法分析——自上而下分析
▶语法分析的方法：
▶自下而上分析法（Bottom-up）
▶自上而下分析法（Top-down）
▶基本思想：
它从文法的开始符号出发，反复使用各种产生式，寻找"匹配"的推导。
▶递归下降分析法：
对每一语法变量（非终结符）构造一个相应的子程序，每个子程序识别一定的语法单位，通过子程序间的信息反馈和联合作用实现对输入串的识别。
▶预测分析程序
☞优点：
直观、简单和宜于手工实现。
4.3LL
（1）分析法
▶构造不带回溯的自上而下分析算法
▶要消除文法的左递归性
▶克服回溯
4.3.1左递归的消除
▶直接消除见诸于产生式中的左
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