编译原理基础知识点

编译原理基础知识点

高级语言、汇编语言与机器语言的主要特点及区别是什么？请画图表示语言之间的翻译模式。

机器语言

机器语言是用二进制代码表示的语言，是计算机唯一可以直接识别和执行的语言，它具有计算机可以直接执行、简洁、运算速度快等优点，但它的直观性差，非常容易出错，程序的检查和调试都比较困难，此外对机器的依赖型也很强。

汇编语言

汇编语言是为了解决机器语言难以理解和记忆的缺点，用易于理解和记忆的名称和符号表示机器指令中的操作码，这种用指令助记符组成的语言叫做汇编语言。机器不能直接执行用汇编语言编写的程序，它也依赖与机器的。

高级语言

高级语言为用户提供了一种既接近与自然语言，又可以使用数学表达式，还相对独立于机器的工作方式。与汇编语言一样，机器也不能直接执行用高级语言编写的程序。

编译器和解释器的工作方式有什么区别？并总结编译器与解释器的优缺点。

解释器和编译器的主要区别在于

编译器输出一个翻译完成后的可执行文件，是一个二进制数据流；解释器输出解释后运行的结果。

解释器和编译器的优缺点

解释器

优点

跨平台、启动速度快、开发效率高

缺点

执行速度慢、执行效率低

编译器

优点

执行速度快、执行效率高

缺点

平台相关性高，编译速度（启动速度）慢、开发效率低

编译程序包括那几个工作阶段？简述各个阶段的主要任务。

词法分析

词法分析器根据词法规则识别出源程序中的各个记号（token），每个记号代表一类单词（lexeme）。源程序中常见的记号可以归为几大类：关键字、标识符、字面量和特殊符号。词法分析器的输入是源程序，输出是识别的记号流。词法分析器的任务是把源文件的字符流转换成记号流。本质上它查看连续的字符然后把它们识别为“单词”。

语法分析

语法分析器根据语法规则识别出记号流中的结构（短语、句子），并构造一棵能够正确反映该结构的语法树。

语义分析

语义分析器根据语义规则对语法树中的语法单元进行静态语义检查，如果类型检查和转换等，其目的在于保证语法正确的结构在语义上也是合法的。

中间代码生成

中间代码生成器根据语义分析器的输出生成中间代码。中间代码可以有若干种形式，它们的共同特征是与具体机器无关。最常用的一种中间代码是三地址码，它的一种实现方式是四元式。三地址码的优点是便于阅读、便于优化。

中间代码优化

优化是编译器的一个重要组成部分，由于编译器将源程序翻译成中间代码的工作是机械的、按固定模式进行的，因此，生成的中间代码往往在时间和空间上有很大浪费。当需要生成高效目标代码时，就必须进行优化。

目标代码生成

目标代码生成是编译器的最后一个阶段。在生成目标代码时要考虑以下几个问题：计算机的系统结构、指令系统、寄存器的分配以及内存的组织等。编译器生成的目标程序代码可以有多种形式：汇编语言、可重定位二进制代码、内存形式。

符号表管理

符号表的作用是记录源程序中符号的必要信息，并加以合理组织，从而在编译器的各个阶段能对它们进行快速、准确的查找和操作。符号表中的某些内容甚至要保留到程序的运行阶段。

出错处理

用户编写的源程序中往往会有一些错误，可分为静态错误和动态错误两类。所谓动态错误，是指源程序中的逻辑错误，它们发生在程序运行的时候，也被称作动态语义错误，如变量取值为零时作为除数，数组元素引用时下标出界等。静态错误又可分为语法错误和静态语义错误。语法错误是指有关语言结构上的错误，如单词拼写错、表达式中缺少操作数、begin和end不匹配等。静态语义错误是指分析源程序时可以发现的语言意义上的错误，如加法的两个操作数中一个是整型变量名，而另一个是数组名等。

编译器的分析/综合模式

编译器被分为两种模式：分析、综合。

分析模式

分析模式包括词法分析、语法分析、语义分析，整个过程与具体机器无关。

综合模式

综合模式则是生成目标代码直至最后的所有过程，它与机器紧密相关。
连接这两种模式的，是中间代码。
通过一种这样的划分，我们可以使用不同的前端、后端，只要保证中间代码是相同的，编译器就照样能翻译一个程序。

编译系统的组成部分

词法分析的主要任务

从左向右逐行扫描源程序的字符，识别出各个单词，确定单词的类型。将识别出的单词转换成统一的机内表示——词法单元（token）形式

token：<种别码，属性值>

	单词类型	种类	种别码
1	关键字	program、if、else、then、…	一词一码
2	标识符	变量名、数组名、记录名、过程名、…	多词一码
3	常量	整型、浮点型、字符型、布尔型、…	一型一码
4	运算符	算术（+ - * / ++ --） 关系（ > < == != >= <=） 逻辑（& | ~）	一词一码 或 一型一码
5	界限符	；（） = {} …	一词一码

模式、记号、单词

一个单词究竟是标识符、关键字，还是特殊符号，需要根据一定的构词规则来产生和识别。我们将产生和识别单词的规则称为模式，按照某个模式（规则）识别出的元素称为记号，而单词一词是指被识别的元素自身的值。

定义正规式、正规集以及有限自动机，并描述三者之间的关系。

正规式

正规式是一种表示正规集的工具，正规式是描述程序语言单词的表达式，对于字母表∑。

正规集

能用正规表达式表示的集合。

有限自动机

不确定的有限自动机(NFA):

一种数学模型

(1) 一个有限的状态集合S
(2) 一个输入符号集合∑（不包含ε）
(3) 一个转换函数move： S X (∑ U {ε}) -> P(S)
(4) 状态s0是唯一的开始状态
(5) 状态集合F是接受状态集合，S包含F

确定的有限自动机(DFA):

是NFA的特殊情况

(1) 任何状态都没有ε转换
(2) 对于任何状态s和任何输入符号a，最多只有一条标记为a的边离开，即转换函数move： S X ∑-> S可以是一个部分函数。

DFA算法和NFA算法的区别和联系

	NFA	DFA
初始状态	不唯一	唯一
弧上的标记	字（单字符字/ε）	字符（串）
转换关系	非确定	确定

对于每个NFA M都存在一个DFA M’ 使得 L(M) = L(M’)

从正规式到词法分析器的一般方法与步骤是什么？

1.用正规式对模式进行描述

2.为每个正规式构造一个NFA，它识别正规式所表示的正规集

3.将构造出的NFA转化为等价的DFA，这一过程也被称为确定化

4.优化DFA，使其状态数量最少，这一过程也被称为最小化

M’ 使得 L(M) = L(M’)

从正规式到词法分析器的一般方法与步骤是什么？

1.用正规式对模式进行描述

2.为每个正规式构造一个NFA，它识别正规式所表示的正规集

3.将构造出的NFA转化为等价的DFA，这一过程也被称为确定化

4.优化DFA，使其状态数量最少，这一过程也被称为最小化

5.根据优化后的DFA构造词法分析器