Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекция - Компиляторы - файл 1.doc


Лекция - Компиляторы
скачать (6077.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc6078kb.13.12.2011 03:56скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13
Реклама MarketGid:
Загрузка...

Теория и реализация языков программирования


Теория и реализация языков программирования 1

0. Лекция: Предисловие 1

Алфавиты, цепочки и языки 5

Представление языков 7

Грамматики 9

Машины Тьюринга 17

Связь машин Тьюринга и грамматик типа 0 21

Линейно-ограниченные автоматы и их связь с контекстно-зависимыми грамматиками 24

Дополнительные материалы: Атрибутные грамматики 195

Дополнительные материалы: Задачи по разделам курса 195

Языки и их представление 195

Лексический анализ 202

Лексический анализ 204

Синтаксический анализ 205

Элементы теории перевода 214

Генерация кода 215

0. Лекция: Предисловие


Предисловие

Предлагаемая вниманию читателя книга основана на курсе лекций, прочитанных на факультете вычислительной математики и кибернетики МГУ им. М.В. Ломоносова и на факультете управления и прикладной математики Московского физико-технического института в 1991-2002 гг. Авторы надеются, что издание книги восполнит существенный пробел в литературе на русском языке по разработке компиляторов.

В книге представлены "классические" разделы теории разработки компиляторов: лексический и синтаксический анализ, организация памяти компилятора (таблицы символов) и периода исполнения (магазина), генерация кода. Рассматриваются такие средства автоматизации процесса разработки трансляторов, как LEX, YACC, СУПЕР, методы генерации оптимального кода. Сделана попытка на протяжении всего изложения провести единую "атрибутную" точку зрения на процесс разработки компилятора. В книге не затрагиваются чрезвычайно важные вопросы глобальной оптимизации и разработки компиляторов для машин с параллельной архитектурой. Авторы надеются восполнить эти пробелы в будущем. Книга рассчитана как на студентов и аспирантов программистских специальностей, так и на профессионалов в области программирования.

Авторы благодарят всех, кто способствовал выходу этой книги в Свет и с признательностью примут все конструктивные замечания по её содержанию и оформлению.

1. Лекция: Введение
В данной лекции рассматривается место компилятора в программном обеспечении, который составляет существенную часть программного обеспечения ЭВМ. Приведены основные понятия, рассмотрена структура компилятора согласно фазам его действия.

Место компилятора в программном обеспечении

Компиляторы составляют существенную часть программного обеспечения ЭВМ. Это связано с тем, что языки высокого уровня стали основным средством разработки программ. Сегодня только очень малая часть программного обеспечения, требующая особой эффективности, разрабатывается с помощью ассемблеров. В настоящее время имеет применение довольно много языков программирования. Наряду с традиционными языками, такими, например, как Фортран, широкое распространение получили так называемые "универсальные" языки (Паскаль, Си, Модула-2, Ада и другие), а также некоторые специализированные (например, язык обработки списочных структур Лисп). Кроме того, большое распространение получили языки, связанные с узкими предметными областями, такие, как входные языки пакетов прикладных программ.

Для ряда названных языков имеется довольно много реализаций. Так, на рынке программного обеспечения представлены десятки реализаций языков Паскаля, Модулы-2 или Си для ЭВМ типа IBM PC.

С другой стороны, постоянно растущая потребность в новых компиляторах связана с бурным развитием архитектур ЭВМ. Это развитие идет по различным направлениям. Наряду с возникновением новых архитектур, совершенствуются старые архитектуры как в концептуальном отношении, так и по отдельным, конкретным параметрам. Это можно проиллюстрировать на примере микропроцессора Intel-80X86. Последовательные версии этого микропроцессора 8086, 80186, 80286, 80386, 80486, 80586 отличаются не только техническими характеристиками, но и, что более важно, новыми возможностями и, значит, изменением (расширением) системы команд. Естественно, это требует новых компиляторов (или модификации старых). То же можно сказать о микропроцессорах Motorola 68010, 68020, 68030, 68040.

В рамках традиционных последовательных машин развивается большое число различных направлений архитектур. Примерами могут служить архитектуры CISC, RISC. Такие ведущие фирмы, как Intel, Motorola, Sun, начинают переходить на выпуск машин с RISC- архитектурами. Естественно, для каждой новой системы команд требуется полный набор новых компиляторов с распространенных языков.

Наконец, бурно развиваются различные параллельные архитектуры. Среди них отметим векторные, многопроцессорные, с широким командным словом архитектуры (вариантом которых являются суперскалярные ЭВМ). На рынке уже имеются десятки типов ЭВМ с параллельной архитектурой, начиная от супер-ЭВМ (Cray, CDC и другие), через рабочие станции (например, IBM RS/6000) и кончая персональными компьютерами (например, на основе микропроцессора I-860). Естественно, для каждой из новых машин создаются новые компиляторы для многих языков программирования. Здесь необходимо также отметить, что новые архитектуры требуют разработки совершенно новых подходов к созданию компиляторов, так что наряду с собственно разработкой компиляторов ведется и большая научная работа по созданию новых методов

^ Структура компилятора

Обобщенная структура компилятора и основные фазы компиляции показаны на рис. 1.1

На начальной фазе лексического анализа входная программа, представляющая собой поток литер, разбивается на лексемы - слова в соответствии с определениями языка. Основными формализмами, лежащим в основе реализации лексических анализаторов, являются конечные автоматы и регулярные выражения. Лексический анализатор может работать в двух основных режимах: либо как подпрограмма, вызываемая синтаксическим анализатором для получения очередной лексемы, либо как полный проход, результатом которого является файл лексем.

В процессе выделения лексем лексический анализатор может как самостоятельно строить таблицы объектов (чисел, строк, идентификаторов и так далее), так и выдавать значения для каждой лексемы при очередном к нему обращении. В этом случае таблицы объектов строятся в последующих фазах (например, в процессе синтаксического анализа).

На этапе лексического анализа обнаруживаются некоторые (простейшие) ошибки (недопустимые символы, неправильная запись чисел, идентификаторов и другие).

Центральная задача синтаксического анализа - разбор структуры программы. Как правило, под структурой понимается дерево, соответствующее разбору в контекстно- свободной грамматике языка. В настоящее время чаще всего используется либо LL(1)-анализ (и его вариант - рекурсивный спуск), либо LR(1)-анализ и его варианты (LR(0), SLR(1), LALR(1) и другие). Рекурсивный спуск чаще используется при ручном программировании синтаксического анализатора, LR(1) - при использовании систем автоматического построения синтаксических анализаторов.

Результатом синтаксического анализа является синтаксическое дерево со ссылками на таблицы объектов. Ошибки, связанные со структурой программы, также обнаруживаются в процессе синтаксического анализа. На этапе контекстного анализа выявляются зависимости между частями программы, которые не могут быть описаны контекстно-свободным синтаксисом. Это, в основном, связи "описание-использование", в частности, анализ типов объектов, анализ областей видимости, соответствие параметров, метки и другие. В процессе контекстного анализа таблицы объектов пополняются информацией об описаниях (свойствах) объектов.

Основным формализмом, используемым при контекстном анализе, является аппарат атрибутных грамматик. Результатом контекстного анализа является атрибутированное дерево программы. Информация об объектах может быть как рассредоточена в самом дереве, так и сосредоточена в отдельных таблицах объектов. В процессе контекстного анализа также могут быть обнаружены ошибки, связанные с неправильным использованием объектов.

Затем программа может быть переведена во внутреннее представление. Это делается для целей оптимизации и/или удобства генерации кода. Еще одной целью преобразования программы во внутреннее представление является желание иметь переносимый компилятор. Тогда только последняя фаза (генерация кода) является машинно-зависимой. В качестве внутреннего представления может использоваться префиксная или постфиксная запись, ориентированный граф, тройки, четверки и другие способы.

Фаз оптимизации может быть несколько. Оптимизации обычно делят на машинно-зависимые и машинно-независи- мые, локальные и глобальные. Определенная часть машин- но-зависимой оптимизации выполняется на фазе генерации кода. Глобальная оптимизация пытается принять во внимание структуру всей программы, локальная - только небольших ее фрагментов. Глобальная оптимизация основывается на глобальном потоковом анализе, который выполняется на графе программы и представляет по существу преобразование этого графа. При этом могут учитываться такие свойства программы, как межпроцедурный анализ, межмодульный анализ, анализ областей жизни переменных и так далее.

Наконец, генерация кода - последняя фаза трансляции. Результатом ее является либо ассемблерный модуль, либо объектный (или загрузочный) модуль. В процессе генерации кода могут выполняться некоторые локальные оптимизации, такие как распределение регистров, выбор длинных или коротких переходов, учет стоимости команд при выборе конкретной последовательности команд. Для генерации кода разработаны различные методы, такие как таблицы решений, сопоставление образцов, включающее динамическое программирование, различные синтаксические методы. Конечно, те или иные фазы транслятора могут либо отсутствовать совсем, либо объединяться. В простейшем случае однопроходного транслятора нет явной фазы генерации промежуточного представления и оптимизации, остальные фазы объединены в одну, причем нет и явно построенного синтаксического дерева.




увеличить изображение
Рис. 1.1. 

2. Лекция: Языки и их представление
В данной лекции рассматривается понятие языков и их представление. Приведены такие определения, как алфавит, цепочка, грамматика, машина Тьюринга. Также приведены примеры практической реализации основных понятий в теории программирования.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13



Скачать файл (6077.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru