第一次作业:编译原理概述

1.简述编译程序与翻译程序、汇编程序的联系与区别。

编译程序是一种翻译程序,它把高级语言所写的源程序翻译成等价的机器语言或汇编语言的目标程序。

翻译程序是指这样一个程序,它把一种语言所写的源程序翻译成与之等价的另一种语言的目标程序。

汇编程序是一种语言翻译程序,它把汇编语言源程序翻译成机器语言程序。

编译程序与汇编程序的区别:如果源语言是诸如C、C++、Java等“高级语言”,而目标语言是诸如汇编语言或机器语言之类的“低级语言”,这样的一个翻译程序称为编译程序。如果源语言是汇编语言,而目标语言是机器语言,这样的一个翻译程序称为汇编程序。

2.编译过程包括哪几个主要阶段及每个阶段的主要功能。

一、词法分析

词法分析的任务是:输入源程序,对构成源程序的字符串进行扫描和分解,识别出一个个的单词(亦称单词符号或简称符号),如基本字(begin、end、if、for、while),标识符、常数、运算符和界符(标点符号、左右括号)。

单词符号是语言的基本组成成分,是人们理解和编写程序的基本要素。识别和理解这些要素无疑也是翻译的基础。如同将英文翻译成中文的情形一样,如果你对英语单词不理解,那就谈不上进行正确的翻译。在词法分析阶段的工作中所依循的是语言的词法规则(或称构词规则)。描述词法规则的有效工具是正规式和有效自动机。

二、语法分析

语法分析的任务是: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(语法范畴),如“短语”、“句子”、“程序段”和“程序”等。通过语法分析,确定整个输入串是否构成语法上正确的“程序”。语法分析所依循的是语言的语法规则。语法规则通常用上下文无关文法描述。词法分析是一种线性分析,而语法分析是一种层次结构分析。例如:

Z = X + 0.618 * Y;

代表一个“赋值语句”,而其中的X + 0.618 * Y 代表一个“算术表达式”。因而,语法分析的任务就是识别X + 0.618 * Y为算术表达式,同时,十倍上述整个符号串属于赋值语句这个范畴。

三、语义分析与中间代码生成

这一阶段的任务是:对语法分析所识别出的各类语法范畴,分析其含义,并进行初步翻译(产生中间代码)。这一阶段通常包含两个方面的工作。首先,对每种语法范畴进行语义i安插,例如,变量是否定义、类型是否正确等等。如果语义正确,则进行另一方面工作,即进行中间代码的解释。这一阶段所依循的是语言的语义规则。通常使用属性文法描述语义规则。

“翻译”仅仅在这里才开始涉及到。所谓“中间代码”是一种含义明确、便于处理的记号系统,它通常独立于具体的硬件。这种记号系统或者与现代计算机的指令形式有某种程度的接近,或者能够比较容易地把它变换成现代计算机的机器指令。

四、代码优化

优化的任务在于对前段产生的中间代码进行加工变换,以期在最后阶段能产生出更为高效(省时间和空间)的目标代码。优化的主要方面有:公关子表达式的提取、循环优化、删除无用代码等等。有时,为了便于“并行运算”,还可以对代码进行并行化处理。优化所依循的原则是程序的等价变换规则。

五、目标代码生成

这一阶段的任务是:把中间代码(或经优化处理之后)变换成特定机器上的低级语言代码。这阶段实现了最后的翻译,它的工作有赖于硬件系统结构和机器指令含义。这阶段工作非常复杂,设计到硬件系统功能部件的运用,机器指令的选择,各种数据类型变量的存储空间分配,以及寄存器和后援寄存器的调度,等等。

3.简述解释程序与编译程序的区别。

编译程序:编译程序的功能是把用高级语言书写的源程序翻译成与之等价的目标程序。编译过程划分成词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、代码优化和目标代码生成6个阶段。目标程序可以独立于源程序运行。(编译程序是一个语言处理程序,它可以把高级语言程序给语言翻译成某个机器的汇编语言程序或者是二进制代码程序,这个阶段叫做编译阶段。需要注意的是编译和运行是分两个阶段进行的,也就是说程序必须要全部编译完成后,才能运行。即编程方式执行程序会把源代码翻译成二进制文件的目标代码。)

解释程序:解释程序是一种语言处理程序,在词法、语法和语义分析方面玉编译程序的工作原理基本相同,但在运行用户程序时,它是直接执行源程序或源程序的内部形式(中间代码)。因此,解释程序并不生成目标程序,这是它和编译程序的主要区别。(解释程序的工作模式是一个个的获取、分析并且去执行源程序的语句,一旦第一个语句分析结束后,源程序就会开始运行并且去生成结果,它比较适合以交互方式来进行工作的情况。即解释程序不会生成目标代码。

编译程序不参与用户程序的运行控制,而解释程序则参与。

4.了解新开源的华为方舟编译器(https://www.openarkcompiler.cn/home),理解它的基本思想与采用的技术路线,谈谈它对安卓软件生态会有什么影响。

今天来谈谈华为的方舟编译器,以及为何方舟编译器能够给安卓带来提升。
当前的安卓系统使用Java作为编程语言,易于开发,但是不会将代码直接编译成机器语言,程序运行时有相当一部分代码还需要通过手机上的虚拟机临时同步编译,影响程序执行的效率。华为方舟编译器采取了静态编译的方式,是首个取代了安卓虚拟机模式的静态编译器。
方舟编译器可供开发者在开发环境一次性的将高级语言编译为机器码,手机安装应用程序后可全速运行程序,带来效率上的极大提升。根据华为实验室的测试数据,EMUI 9.1在仅仅对系统组件System Server应用了华为方舟编译器后,就带来了系统操作流畅度提升24%,系统响应性能提升44%。
无疑,这对安卓来说,是一场革命性的更新,往期的安卓底层更新,不单单是更新了UI这么简单,而且还有许多的安全补丁,也许我们这种用户体验不到,但这些年来手机不法软件的侵入也是越来越少,因为技术上的提升,增加了犯罪的成本。
而这一次,华为对安卓动刀了,谷歌接手了安卓以来,也只是不断地在完善它,而华为这次是改变安卓编译原理,重新上了一个编译器,为的是更好的适配软件以及运行软件。
这几个月来,华为被摆上了中美贸易战的舞台,面临着美国政府打压以及谷歌框架禁用的压力,华为似乎早有准备,麒麟芯片,鸿蒙系统,方舟编译器等许多的主力科技,让我们看到了中国品牌手机的崛起。
其实,华为在之前名声并不太好,因为麒麟芯片在早期并不是很好,被许多消费者诟病,而麒麟980的出现,则应证了华为之前说的国产芯需要时间。
也许华为现在说的许多东西,我们看着并不是很强大,但只要给足时间,我相信华为能越做越强,能够实现自己的豪言壮志,带领国产手机走向新的未来。

词法分析的任务是:输入源程序,对构成源程序的字符串进行扫描和分解,识别出一个个的单词(亦称单词符号或简称符号),如基本字(begin、end、if、for、while),标识符、常数、运算符和界符(标点符号、左右括号)。

单词符号是语言的基本组成成分,是人们理解和编写程序的基本要素。识别和理解这些要素无疑也是翻译的基础。如同将英文翻译成中文的情形一样,如果你对英语单词不理解,那就谈不上进行正确的翻译。在词法分析阶段的工作中所依循的是语言的词法规则(或称构词规则)。描述词法规则的有效工具是正规式和有效自动机。

二、语法分析

语法分析的任务是: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(语法范畴),如“短语”、“句子”、“程序段”和“程序”等。通过语法分析,确定整个输入串是否构成语法上正确的“程序”。语法分析所依循的是语言的语法规则。语法规则通常用上下文无关文法描述。词法分析是一种线性分析,而语法分析是一种层次结构分析。例如:

Z = X + 0.618 * Y;

代表一个“赋值语句”,而其中的X + 0.618 * Y 代表一个“算术表达式”。因而,语法分析的任务就是识别X + 0.618 * Y为算术表达式,同时,十倍上述整个符号串属于赋值语句这个范畴。

三、语义分析与中间代码生成

这一阶段的任务是:对语法分析所识别出的各类语法范畴,分析其含义,并进行初步翻译(产生中间代码)。这一阶段通常包含两个方面的工作。首先,对每种语法范畴进行语义i安插,例如,变量是否定义、类型是否正确等等。如果语义正确,则进行另一方面工作,即进行中间代码的解释。这一阶段所依循的是语言的语义规则。通常使用属性文法描述语义规则。

“翻译”仅仅在这里才开始涉及到。所谓“中间代码”是一种含义明确、便于处理的记号系统,它通常独立于具体的硬件。这种记号系统或者与现代计算机的指令形式有某种程度的接近,或者能够比较容易地把它变换成现代计算机的机器指令。

四、代码优化

优化的任务在于对前段产生的中间代码进行加工变换,以期在最后阶段能产生出更为高效(省时间和空间)的目标代码。优化的主要方面有:公关子表达式的提取、循环优化、删除无用代码等等。有时,为了便于“并行运算”,还可以对代码进行并行化处理。优化所依循的原则是程序的等价变换规则。

五、目标代码生成

这一阶段的任务是:把中间代码(或经优化处理之后)变换成特定机器上的低级语言代码。这阶段实现了最后的翻译,它的工作有赖于硬件系统结构和机器指令含义。这阶段工作非常复杂,设计到硬件系统功能部件的运用,机器指令的选择,各种数据类型变量的存储空间分配,以及寄存器和后援寄存器的调度,等等。

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