Introduction to Compilers¶
What is a Compiler¶
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Definition : Translate a program language to another equivalent program language 将一个编程语言翻译为另一个编译语言
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A complex program 总体而言是一个复杂的程序，可能涵盖 10000 ~ 1000000行代码的规模
Why should we learn compilers¶
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Applicable techniques and principles 部分的原理和技术是通用的
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Touching upon many fields 涉及了计算机的各个领域
How to Learn Compilers¶
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Describe as follows:
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Techniques
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Data Structures
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Algorithms
同时需要学习 Tiger 和 SysY，前者可能出现在理论题目和期末考试中
Modules and Interfaces¶
上图是教材中一个典型的编译器的模块和接口，尽管主流编译器可能有差异，但是总体的阶段和接口是通用的。
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Phases:阶段是描述编译过程中的不同的阶段，每一个阶段可以对应一个模块
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Interfaces:接口描述了不同阶段之间交换的信息
为什么要使用 多阶段 的设计？
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允许复用部分的模块和接口，例如当我们修改了源语言的时候，可以比较简单的修改上层的模块
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允许IDE中更方便的高亮和分析等
Overview of the Phases¶
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Lex Analysis 将源程序的字符转换为单独的单词(Token)
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Parse：分析程序的短语结构，进行切分等
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Parsing Actions: 将每个短语修改为一个语法树
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Semantic Analysis 决定每一个短语的含义，将变量的声明于定义连接，检查表达式的类型
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Frame Layout：决定函数调用期间，在运行时栈（runtime stack）上为该函数分配的栈帧（stack frame）的内存组织结构
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Translate： 产生中间的表达（树），应当与任何的源语言和目标语言无关
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Canoicalize: 简化表达和标明副作用等，进行规范化
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Instruction Selection 将 IR-Tree 的阶段组合成一段段对应目标代码的指令
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Control Flow Analysis: 根据指令序列构建控制流图
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Data Flow Analysis: 根据指令序列分析信息和数据在变量之间的转换和流动
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Register Allocation: 为变量和临时变量选择对应的寄存器；同时还需要考虑对应的优化
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Code Emmision: 将机器码中的临时名称替换为真实的机器寄存器
Note
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上述的流程中可能有的编译器在设计中将部分的阶段合并为一个
- 例如将语法分析和语义分析合并等
- Instruction Selection 和 Code Emmision 合并
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有的简单的编译器也不会进行控制流分析等
Tools and Software¶
在编译中有两种非常有用的抽象：
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Regular expressions 用于词法分析
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Context-free Grammars 用于语法分析
对应了两个工具：
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Lex 将声明的规范转换为一个 lexical analysis 词法分析器
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Yacc 将声明的语法规范转换为一个语法分析器