編譯器設計編譯原理

A. 編譯原理的發展歷程

在20世紀40年代，由於馮·諾伊曼在存儲-程序計算機方面的先鋒作用，編寫一串代碼或程序已成必要，這樣計算機就可以執行所需的計算。開始時，這些程序都是用機器語言 （machine language ）編寫的。機器語言就是表示機器實際操作的數字代碼，例如：
C7 06 0000 0002 表示在IBM PC 上使用的Intel 8x86處理器將數字2移至地址0 0 0 0 （16進制）的指令。
但編寫這樣的代碼是十分費時和乏味的，這種代碼形式很快就被匯編語言（assembly language ）代替了。在匯編語言中，都是以符號形式給出指令和存儲地址的。例如，匯編語言指令 MOV X,2 就與前面的機器指令等價（假設符號存儲地址X是0 0 0 0 ）。匯編程序（assembler ）將匯編語言的符號代碼和存儲地址翻譯成與機器語言相對應的數字代碼。
匯編語言大大提高了編程的速度和准確度，人們至今仍在使用著它，在編碼需要極快的速度和極高的簡潔程度時尤為如此。但是，匯編語言也有許多缺點：編寫起來也不容易，閱讀和理解很難；而且匯編語言的編寫嚴格依賴於特定的機器，所以為一台計算機編寫的代碼在應用於另一台計算機時必須完全重寫。
發展編程技術的下一個重要步驟就是以一個更類似於數學定義或自然語言的簡潔形式來編寫程序的操作，它應與任何機器都無關，而且也可由一個程序翻譯為可執行的代碼。例如，前面的匯編語言代碼可以寫成一個簡潔的與機器無關的形式 x = 2。
在1954年至1957年期間，IBM的John Backus帶領的一個研究小組對FORTRAN語言及其編譯器的開發，使得上面的擔憂不必要了。但是，由於當時處理中所涉及到的大多數程序設計語言的翻譯並不為人所掌握，所以這個項目的成功也伴隨著巨大的辛勞。幾乎與此同時，人們也在開發著第一個編譯器， Noam Chomsky開始了他的自然語言結構的研究。他的發現最終使得編譯器結構異常簡單，甚至還帶有了一些自動化。Chomsky的研究導致了根據語言文法（grammar ，指定其結構的規則）的難易程度以及識別它們所需的演算法來為語言分類。正如現在所稱的-與喬姆斯基分類結構（Chomsky hierarchy ）一樣-包括了文法的4個層次：0型、1型、2型和3型文法，且其中的每一個都是其前者的專門化。2型（或上下文無關文法（context-free grammar ））被證明是程序設計語言中最有用的，而且今天它已代表著程序設計語言結構的標准方式。
分析問題（ parsing problem ，用於限定上下文無關語言的識別的有效演算法）的研究是在20世紀60年代和70年代，它相當完善地解決了這一問題， 現在它已是編譯理論的一個標准部分。它們與喬姆斯基的3型文法相對應。對它們的研究與喬姆斯基的研究幾乎同時開始，並且引出了表示程序設計語言的單詞（或稱為記號）的符號方式。
人們接著又深化了生成有效的目標代碼的方法，這就是最初的編譯器，它們被一直使用至今。人們通常將其誤稱為優化技術（optimization technique ），但因其從未真正地得到過被優化了的目標代碼而僅僅改進了它的有效性，因此實際上應稱作代碼改進技術（code improvement technique ）。
這些程序最初被稱為編譯程序-編譯器，但更確切地應稱為分析程序生成器 （parser generator ），這是因為它們僅僅能夠自動處理編譯的一部分。這些程序中最著名的是 Yacc （yet another compiler- compiler），它是由Steve Johnson在1975年為Unix系統編寫的。
類似地，有窮自動機的研究也發展了另一種稱為掃描程序生成器 （scanner generator ）的工具，Lex （與Yacc同時，由Mike Lesk為Unix系統開發的）是這其中的佼佼者。在20世紀70年代後期和80年代早期，大量的項目都關注於編譯器其他部分的生成自動化，這其中就包括代碼生成。這些嘗試並未取得多少成功，這大概是因為操作太復雜而人們又對其不甚了解。
編譯器設計最近的發展包括：首先，編譯器包括了更為復雜的演算法的應用程序，它用於推斷或簡化程序中的信息；這又與更為復雜的程序設計語言（可允許此類分析）的發展結合在一起。其中典型的有用於函數語言編譯的Hindle y - Milner類型檢查的統一演算法。
其次，編譯器已越來越成為基於窗口的交互開發環境（interactive development environment，IDE ）的一部 分，它包括了編輯器、鏈接程序、調試程序以及項目管理程序。這樣的IDE的標准並沒有多少， 但是已沿著這一方向對標準的窗口環境進行開發了。

B. 編譯原理與什麼課程有聯系

與人工智慧、機器學習、操作系統、編譯器等都有關系，屬於計算機專業的核心課程，需要扎實掌握；

C. 哪本"編譯原理"的書比較好

我們學校用的是《編譯原理》與《編譯原理與實踐》這兩本書，這兩本書都是國外的教材。我覺得《編譯原理與實踐》這本書不錯，自學應該能看懂，而且代碼比較多，書最後還有整個小型編譯器的源代碼。
編譯不好學，你就慢慢學吧。

下面的資料請作參考：

當代編譯技術三大聖經級別的教材

1.龍書(Dragon book)
書名是Compilers: Principles,Techniques,and Tools
作者是：Alfred V.Aho,Ravi Sethi,Jeffrey D.Ullman

內容簡介
《編譯原理》作者Alfred V．Aho、Ravi Sethi和Jeffrey D．Ullman是世界著名的計算機 科學家，他們在計算機科學理論、資料庫等很多領域都做出了傑出貢獻。《編譯原理》 是編譯領域無可替代的經典著作，被廣大計算機專業人士譽為「龍書」。《編譯原理》一 直被世界各地的著名高等院校和科研機構(如貝爾實驗室、哥倫比亞大學、普 林斯頓大學和斯坦福大學等)廣泛用作本科生和研究生編譯原理與技術課程的 教材，《編譯原理》對我國計算機教育界也具有重大影響。 書中深入討論了編譯器設計的重要主題，包括詞法分析、語法分析、語法制 導分析、類型檢查、運行環境、中間代碼生成、代碼生成、代碼優化等，並在 最後兩章中討論了實現編譯器的一些編程問題和幾個編譯器實例，而且每章都 提供了大量的練習和參考文獻。

與上一版相比，《編譯原理》第二版進行了全面的修訂，涵蓋了編譯器開發方面的最新進展。每章中都提供了大量的系統及參考文獻。《編譯原理》是編譯原理課程方面的經典教材，內容豐富，適合作為高等院校計算機及相關專業本科生及研究生的編譯原理課程的教材，也是廣大技術人員的極佳參考讀物。

作者簡介
Alfred V．Aho，美國歌倫比亞大學教授，美國國家工程院院士，ACM和IEEE會士，曾獲得IEEE的馮·諾伊曼獎。著有多部演算法、數據結構、編譯器、資料庫系統及計算機科學基礎方面的著作。
Monica S．Lam，斯坦福大學計算機科學系教授，曾任Tensilica的首席科學家，也是Moka5的首任CEO。曾經主持SUIF項目，該項目產生了最流行的研究用編譯器之一。
Ravi Sethi，Avaya實驗室總裁，曾任貝爾實驗室高級副總裁TLucent Technologies通信軟體的CTO。他曾在賓夕法尼亞州立大學、亞利桑那州立大學和普林斯頓大學任教，是ACM會士。
Jeffrey D．Ullman斯坦福大學計算機科學系教授和Gradiance CEO，他的研究興趣包括資料庫理論、資料庫集成、數據挖掘和利用信息基礎設施教學等。他是美國國家工程院院士、IEEE會士，獲得過ACM的KarIstrom傑出教育家獎和Knuth獎。
第一版中文版
第二版中文版

2.鯨書(Whale book)
書名是：Advanced Compiler Design and Implementation
作者是：Steven S.Muchnick

內容簡介
本書迎接現代語言和體系結構的挑戰，幫助讀者作好准備，去應對將來要遇到的編譯器設計的問題。
本書涵蓋現代微處理器編譯器的設計和實現方面的所有高級主題。本書從編譯設計基礎領域中的高級問題開始，廣泛而深入地闡述各種重要的代碼優化技術，分析各種優化之間的相對重要關系，以及實現這些優化的最有效方法。
本書特點
●為理解高級編譯器設計的主要問題奠定了基礎
●深入闡述優化問題
●用Sun的SPARC、IBM的POWER和PowerPC、DEC的Alpha以及Intel的Pentium和相關商業編譯 器作為案例，說明編譯器結構、中間代碼設計和各種優化方法
●給出大量定義清晰的關於代碼生成、優化和其他問題的演算法
●介紹由作者設計的以清晰、簡潔的方式描述演算法的語言ICAN (非形式編譯演算法表示)。

本書是經典的編譯器著作，與「龍書」齊名，稱為鯨書。書中針對現代語言和體系結構全面介紹了編譯器設計與實現的高級論題，從編譯器的基礎領域中的高級問題開始，然後深入討論了各種重要的代碼優化。本書專為編譯器專業人士和計算機專業本科生，研究生編寫，在設計和實現高度優化的編譯器以及確定優化的重要性和實現優化的最有效的方法等方面，為讀者提供了非常有價值的指導。

作者簡介
Steven S.Muchnick，曾是計算機科學教授，後作為惠普的PA-RISC和SUN的SPARC兩種計算機體系結構的核心開發成員，將自己的知識和經驗應用於編譯器設計，並擔任這些系統的高級編譯器設計與實現小組的領導人。他在研究和開發方面的雙重經驗，對於指導讀者作出編譯器設計決策極具價值。

3.虎書(Tiger book)
書名是：Modern Compiler Implementation in C /Java /ML,Second Edition
作者是：Andrew W.Appel,with Jens Palsberg

內容簡介
《現代編譯原理——C語言描述(英文版)/圖靈原版計算機科學系列》全面講述了現代編譯器的各個組成部分，包括：詞法分析、語法分析、抽象語法、語義檢查、中間代碼表示、指令選擇、數據流分析、寄存器分配以及運行時系統等。與大多數編譯原理的教材不同，《現代編譯原理——C語言描述(英文版)/圖靈原版計算機科學系列》採用了函數語言和面向對象語言來描述代碼生成和寄存器分配，對於編譯器中各個模塊之間的介面都給出了實際的 C 語言頭文件。 全書分成兩部分，第一部分是編譯的基礎知識，適用於第一門編譯原理課程（一個學期）；第二部分是高級主題，包括面向對象語言和函數語言、垃圾收集、循環優化、 SSA（靜態單賦值）形式、循環調度、存儲結構優化等。
本書是一本著名的編譯原理課程的教材。國際上眾多名校均採用本書作為編譯原理課程的教材，包括美國麻省理工學院、加州大學伯克利分校、普林斯頓大學和英國劍橋大學等。本書在國外享有「虎書」的稱號，與有「龍書」之稱的《編譯原理》（Alfred Aho 等編著）齊名。與編譯原理方面的其他名著相比，本書出版時間晚，內容新。 書中專門為學生提供了一個用 C 語言編寫的實習項目，包括前端和後端設計，學生可以在一學期內創建一個功能完整的編譯器。

作者簡介
Andrew W.Appel，美國普林斯頓大學計算機科學系教授，第26屆ACM SIGPLAN-SIGACT程序設計原理年會大會執行主席，1998-1999年在貝爾實驗室做研究工作。主要研究方向是計算機安全、編譯器設計、程序設計語言等。

D. 編譯原理中的語法和文法一樣嗎

編譯原理中的語法和文法是不一樣的，但卻融會貫通。
在計算機科學中，文法是編譯原理的基礎，是描述一門程序設計語言和實現其編譯器的方法。
文法分成四種類型，即0型、1型、2型和3型。這幾類文法的差別在於對產生式施加不同的限制。
形式語言，這種理論對計算機科學有著深刻的影響，特別是對程序設計語言的設計、編譯方法和計算復雜性等方面更有重大的作用。
多數程序設計語言的單詞的語法都能用正規文法或3型文法（3型文法G=(VN，VT，P，S)的P中的規則有兩種形式：一種是前面定義的形式，即：A→aB或A→a其中A，B∈VN ，a∈VT*，另一種形式是：A→Ba或A→a，前者稱為右線性文法，後者稱為左線性文法。正規文法所描述的是VT*上的正規集）來描述。
四個文法類的定義是逐漸增加限制的，因此每一種正規文法都是上下文無關的，每一種上下文無關文法都是上下文有關的，而每一種上下文有關文法都是0型文法。稱0型文法產生的語言為0型語言。上下文有關文法、上下文無關文法和正規文法產生的語言分別稱為上下文有關語言、上下文無關語言和正規語言。

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書名：Compilers Principles編譯原理

作者：Alfred V. Aho

豆瓣評分：9.2

出版社：機械工業出版社

出版年份：2011-1

頁數：1009

內容簡介：

本書是編譯領域無可替代的經典著作，被廣大計算機專業人士譽為「龍書」。本書上一版自1986年出版以來，被世界各地的著名高等院校和研究機構（包括美國哥倫比亞大學、斯坦福大學、哈佛大學、普林斯頓大學、貝爾實驗室）作為本科生和研究生的編譯原理課程的教材。該書對我國高等計算機教育領域也產生了重大影響。 第2版對每一章都進行了全面的修訂，以反映自上一版出版20多年來軟體工程。程序設計語言和計算機體系結構方面的發展對編譯技術的影響。本書全面介紹了編譯器的設計，並強調編譯技術在軟體設計和開發中的廣泛應用。每章中都包含大量的習題和豐富的參考文獻。 本書適合作為高等院校計算機專業本科生和研究生的編譯原理與技術課程的教材，也可供廣大計算機技術人員參考。

作者簡介：

Alfred V．Aho，美國歌倫比亞大學教授，美國國家工程院院士，ACM和IEEE會士，曾獲得IEEE的馮·諾伊曼獎。著有多部演算法、數據結構、編譯器、資料庫系統及計算機科學基礎方面的著作。

Monica S．Lam，斯坦福大學計算機科學系教授，曾任Tensilica的首席科學家，也是Moka5的首任CEO。曾經主持SUIF項目，該項目產生了最流行的研究用編譯器之一。

Ravi Sethi，Avaya實驗室總裁，曾任貝爾實驗室高級副總裁和Lucent Technologies通信軟體的CTO。他曾在賓夕法尼亞州立大學，亞利桑那州立大學和普林斯頓大學任教，是ACM會士。

Jefirey D．Ullman斯坦福大學計算機科學系教授和Gradiance CEO。他的研究興趣包括資料庫理論、資料庫集成、數據挖掘和利用信息基礎設施教學等。他是美國國家工程學院院士、IEEE會士，獲得過ACM的Karlstrom傑出教育獎和Knuth獎。

F. 編譯原理課程講什麼內容

《編譯原理》課程介紹編譯器構造的一般原理和基本實現方法，主要介紹編譯器的各個階段：詞法分析、語法分析、語義分析、中間代碼生成、代碼優化和目標代碼生成。本課程在介紹命令式程序設計語言實現技術的同時，強調一些相關的理論知識，如形式語言和自動機理論、語法制導的定義和屬性文法、類型論等。它們是計算機專業理論知識的重要一部分，在本書中結合應用來介紹這些知識，有助於學生較快領會和掌握。本課程強調形式化描述技術，並以語法制導定義作為翻譯的主要描述工具。本課程強調對編譯原理和技術在宏觀上的理解，作為原理性的教學，本課程主要介紹基本的理論和方法，不偏向於某種源語言或目標機器。

G. 什麼是編譯原理

編譯原理是計算機專業的一門重要專業課，旨在介紹編譯程序構造的一般原理和基本方法。內容包括語言和文法、詞法分析、語法分析、語法制導翻譯、中間代碼生成、存儲管理、代碼優化和目標代碼生成。 編譯原理是計算機專業設置的一門重要的專業課程。雖然只有少數人從事編譯方面的工作，但是這門課在理論、技術、方法上都對學生提供了系統而有效的訓練，有利於提高軟體人員的素質和能力。
這門課程關注的是編譯器方面的產生原理和技術問題，似乎和計算機的基礎領域不沾邊，可是編譯原理卻一直作為大學本科的 必修課程，同時也成為了研究生入學考試的必考內容。編譯原理及技術從本質上來講就是一個演算法問題而已，當然由於這個問題十分復雜，其解決演算法也相對復雜。 我們學的數據結構與演算法分析也是講演算法的，不過講的基礎演算法，換句話說講的是演算法導論，而編譯原理這門課程講的就是比較專註解決一種的演算法了。在20世紀 50年代，編譯器的編寫一直被認為是十分困難的事情，第一Fortran的編譯器據說花了18年的時間才完成。在人們嘗試編寫編譯器的同時，誕生了許多跟 編譯相關的理論和技術，而這些理論和技術比一個實際的編譯器本身價值更大。就猶如數學家們在解決著名的哥德巴赫猜想一樣，雖然沒有最終解決問題，但是其間 誕生不少名著的相關數論。

H. 編譯原理第三版清華大學

「編譯原理」是計算機專業非常重要的一門專業課，在計算機教學中有著舉足輕重的地位。

編譯原理中編譯系統是整個計算機系統中極其重要的系統軟體，它的作用是把計算機高級語言最終翻譯成等價的計算機指令，從而保證高級程序設計語言順利運行。所以，「編譯原理」是計算機科學中基本研究內容之一。

編譯器：編譯器是計算機程序中應用比較多的工具,在對編譯器進行前端設計時，一定要充分考慮影響因素，還要對詞法、語法、語義進行分析。

過程分析：將高級程序設吾言，如C、C++、Java等，翻譯成計算機可以執行的機器指令代碼流的過程，即是編譯的過程。編譯過程一般分為6個步驟，即詞法分析、語法分析、語義分析、中間代碼生成、中間代碼優化、目標代碼生成。

I. 如何更好的掌握編譯器的設計與實現

1. 閱讀相關書籍：編譯原理、編譯器設計、編譯器實現等；
2. 自學相關編程語言：C、C++、Java等；
3. 實踐：可以使用開源的編譯器框架，例如ANTLR，搭建自己的編譯器；
4. 了解編譯器的各個組成部分，並學習它們的工作原理；
5. 閱讀技術文章，了解編譯器的設計和實現的最新進展；
6. 加入開源項目，編寫和維護編譯器；
7. 在論壇上交流，和更多的編譯器開發者分享心得體會；
8. 參加學術會議，接觸到最新的研究成果；
9. 嘗試著自己設計一個編譯器，用實踐來加深理解。