HNU 编译系统 作业1

题目1

请从编译功能的角度简要说明 JDK 与 JRE 的主要区别。

· 如果我们只有一个.java 源文件，要运行该程序，最少需要安装的是 JDK 还是 JRE？请说明理由；

· 如果我们只有一个已经编译好的 .class 字节码文件，最少需要安装的是 JDK 还是 JRE？请说明理由。

· 结合上述问题与前置课程知识，思考C++/Golang/Java三种语言在编译开销与运行性能上的取舍。

（1）从编译功能的角度来看，JDK与JRE的主要区别在于：

JDK包含 JRE + 编译器 javac + 调试工具等，既能编译源代码，也能运行字节码。

JRE只包含运行环境（JVM + 核心类库），只能运行字节码，不能编译源代码。

（2）如果我们只有一个.java 源文件，则需要先编译为 .class字节码文件才能运行。编译器在JDK中才有，JRE没有，因此最少需要安装JDK。

（3）如果我们只有一个已经编译好的 .class 字节码文件，则无需编译可直接运行，而JRE可以运行字节码，因此最少需要安装JRE。

（4）C++/Golang/Java三种语言在编译开销与运行性能上的取舍：

C++：编译为本地机器码，编译时间较长，生成的可执行文件大且依赖平台。

优点：启动快，运行性能极高。

缺点：跨平台性差，开发周期中频繁修改→重新编译→耗时大。

Golang：编译为本地可执行文件，但编译器设计追求快速。

优点：编译快、部署方便（单一可执行文件），运行性能接近 C++。

缺点：相比 Java 缺少成熟的虚拟机级优化（如 JIT），长时间运行性能优化略逊。

Java：先编译为 .class 字节码，再由 JVM 解释/即时编译（JIT） 运行。

优点：跨平台性强（一次编译，到处运行），JIT 能在运行期优化热点代码，长期性能可接近 C++。

缺点：首次运行时需要类加载 + JIT，启动速度较慢，编译开销分布在运行期。

综合取舍：

C++：编译慢、运行快 → 适合性能极限要求（如游戏引擎、系统软件）。

Go：编译快、运行快 → 适合服务端开发，快速迭代和部署。

Java：编译适中、运行性能动态优化 → 适合跨平台、大型系统、长期运行的服务。

题目2

简要描述深度学习框架（以PyTorch为例）的编译流程，并思考其与传统程序的编译结果与优化目标相比，有哪些相同点与不同点？

编译结果

相同点：

①都会生成可执行的目标代码（或库），供运行时调用。

②都需要经过中间表示（IR）和优化步骤。

不同点

传统程序：结果是固定的二进制文件/可执行程序，逻辑确定。

深度学习框架：结果可能是动态库 + JIT/AOT 生成的特定算子代码，运行时仍可变化和优化。

优化目标

相同点

①都追求高效执行和资源利用。

②都会使用常见的优化手段（如常量折叠、循环展开、内联）。

不同点

传统程序：优化重点在于指令执行效率、寄存器分配、分支预测、整体运行时间与代码体积。

深度学习框架：优化重点在于并行计算效率、算子融合、内存/显存带宽利用率、硬件特化（CPU/GPU/TPU）。

题目3

给定表达式a = 3 + 4 * 2，仿照教材图1.4画出此表达式的语法树。