编译器设计编译原理

A. 编译原理的发展历程

在20世纪40年代，由于冯·诺伊曼在存储-程序计算机方面的先锋作用，编写一串代码或程序已成必要，这样计算机就可以执行所需的计算。开始时，这些程序都是用机器语言 （machine language ）编写的。机器语言就是表示机器实际操作的数字代码，例如：
C7 06 0000 0002 表示在IBM PC 上使用的Intel 8x86处理器将数字2移至地址0 0 0 0 （16进制）的指令。
但编写这样的代码是十分费时和乏味的，这种代码形式很快就被汇编语言（assembly language ）代替了。在汇编语言中，都是以符号形式给出指令和存储地址的。例如，汇编语言指令 MOV X,2 就与前面的机器指令等价（假设符号存储地址X是0 0 0 0 ）。汇编程序（assembler ）将汇编语言的符号代码和存储地址翻译成与机器语言相对应的数字代码。
汇编语言大大提高了编程的速度和准确度，人们至今仍在使用着它，在编码需要极快的速度和极高的简洁程度时尤为如此。但是，汇编语言也有许多缺点：编写起来也不容易，阅读和理解很难；而且汇编语言的编写严格依赖于特定的机器，所以为一台计算机编写的代码在应用于另一台计算机时必须完全重写。
发展编程技术的下一个重要步骤就是以一个更类似于数学定义或自然语言的简洁形式来编写程序的操作，它应与任何机器都无关，而且也可由一个程序翻译为可执行的代码。例如，前面的汇编语言代码可以写成一个简洁的与机器无关的形式 x = 2。
在1954年至1957年期间，IBM的John Backus带领的一个研究小组对FORTRAN语言及其编译器的开发，使得上面的担忧不必要了。但是，由于当时处理中所涉及到的大多数程序设计语言的翻译并不为人所掌握，所以这个项目的成功也伴随着巨大的辛劳。几乎与此同时，人们也在开发着第一个编译器， Noam Chomsky开始了他的自然语言结构的研究。他的发现最终使得编译器结构异常简单，甚至还带有了一些自动化。Chomsky的研究导致了根据语言文法（grammar ，指定其结构的规则）的难易程度以及识别它们所需的算法来为语言分类。正如现在所称的-与乔姆斯基分类结构（Chomsky hierarchy ）一样-包括了文法的4个层次：0型、1型、2型和3型文法，且其中的每一个都是其前者的专门化。2型（或上下文无关文法（context-free grammar ））被证明是程序设计语言中最有用的，而且今天它已代表着程序设计语言结构的标准方式。
分析问题（ parsing problem ，用于限定上下文无关语言的识别的有效算法）的研究是在20世纪60年代和70年代，它相当完善地解决了这一问题， 现在它已是编译理论的一个标准部分。它们与乔姆斯基的3型文法相对应。对它们的研究与乔姆斯基的研究几乎同时开始，并且引出了表示程序设计语言的单词（或称为记号）的符号方式。
人们接着又深化了生成有效的目标代码的方法，这就是最初的编译器，它们被一直使用至今。人们通常将其误称为优化技术（optimization technique ），但因其从未真正地得到过被优化了的目标代码而仅仅改进了它的有效性，因此实际上应称作代码改进技术（code improvement technique ）。
这些程序最初被称为编译程序-编译器，但更确切地应称为分析程序生成器 （parser generator ），这是因为它们仅仅能够自动处理编译的一部分。这些程序中最着名的是 Yacc （yet another compiler- compiler），它是由Steve Johnson在1975年为Unix系统编写的。
类似地，有穷自动机的研究也发展了另一种称为扫描程序生成器 （scanner generator ）的工具，Lex （与Yacc同时，由Mike Lesk为Unix系统开发的）是这其中的佼佼者。在20世纪70年代后期和80年代早期，大量的项目都关注于编译器其他部分的生成自动化，这其中就包括代码生成。这些尝试并未取得多少成功，这大概是因为操作太复杂而人们又对其不甚了解。
编译器设计最近的发展包括：首先，编译器包括了更为复杂的算法的应用程序，它用于推断或简化程序中的信息；这又与更为复杂的程序设计语言（可允许此类分析）的发展结合在一起。其中典型的有用于函数语言编译的Hindle y - Milner类型检查的统一算法。
其次，编译器已越来越成为基于窗口的交互开发环境（interactive development environment，IDE ）的一部 分，它包括了编辑器、链接程序、调试程序以及项目管理程序。这样的IDE的标准并没有多少， 但是已沿着这一方向对标准的窗口环境进行开发了。

B. 编译原理与什么课程有联系

与人工智能、机器学习、操作系统、编译器等都有关系，属于计算机专业的核心课程，需要扎实掌握；

C. 哪本"编译原理"的书比较好

我们学校用的是《编译原理》与《编译原理与实践》这两本书，这两本书都是国外的教材。我觉得《编译原理与实践》这本书不错，自学应该能看懂，而且代码比较多，书最后还有整个小型编译器的源代码。
编译不好学，你就慢慢学吧。

下面的资料请作参考：

当代编译技术三大圣经级别的教材

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

内容简介
《编译原理》作者Alfred V．Aho、Ravi Sethi和Jeffrey D．Ullman是世界着名的计算机 科学家，他们在计算机科学理论、数据库等很多领域都做出了杰出贡献。《编译原理》 是编译领域无可替代的经典着作，被广大计算机专业人士誉为“龙书”。《编译原理》一 直被世界各地的着名高等院校和科研机构(如贝尔实验室、哥伦比亚大学、普 林斯顿大学和斯坦福大学等)广泛用作本科生和研究生编译原理与技术课程的 教材，《编译原理》对我国计算机教育界也具有重大影响。 书中深入讨论了编译器设计的重要主题，包括词法分析、语法分析、语法制 导分析、类型检查、运行环境、中间代码生成、代码生成、代码优化等，并在 最后两章中讨论了实现编译器的一些编程问题和几个编译器实例，而且每章都 提供了大量的练习和参考文献。

与上一版相比，《编译原理》第二版进行了全面的修订，涵盖了编译器开发方面的最新进展。每章中都提供了大量的系统及参考文献。《编译原理》是编译原理课程方面的经典教材，内容丰富，适合作为高等院校计算机及相关专业本科生及研究生的编译原理课程的教材，也是广大技术人员的极佳参考读物。

作者简介
Alfred V．Aho，美国歌伦比亚大学教授，美国国家工程院院士，ACM和IEEE会士，曾获得IEEE的冯·诺伊曼奖。着有多部算法、数据结构、编译器、数据库系统及计算机科学基础方面的着作。
Monica S．Lam，斯坦福大学计算机科学系教授，曾任Tensilica的首席科学家，也是Moka5的首任CEO。曾经主持SUIF项目，该项目产生了最流行的研究用编译器之一。
Ravi Sethi，Avaya实验室总裁，曾任贝尔实验室高级副总裁TLucent Technologies通信软件的CTO。他曾在宾夕法尼亚州立大学、亚利桑那州立大学和普林斯顿大学任教，是ACM会士。
Jeffrey D．Ullman斯坦福大学计算机科学系教授和Gradiance CEO，他的研究兴趣包括数据库理论、数据库集成、数据挖掘和利用信息基础设施教学等。他是美国国家工程院院士、IEEE会士，获得过ACM的KarIstrom杰出教育家奖和Knuth奖。
第一版中文版
第二版中文版

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

内容简介
本书迎接现代语言和体系结构的挑战，帮助读者作好准备，去应对将来要遇到的编译器设计的问题。
本书涵盖现代微处理器编译器的设计和实现方面的所有高级主题。本书从编译设计基础领域中的高级问题开始，广泛而深入地阐述各种重要的代码优化技术，分析各种优化之间的相对重要关系，以及实现这些优化的最有效方法。
本书特点
●为理解高级编译器设计的主要问题奠定了基础
●深入阐述优化问题
●用Sun的SPARC、IBM的POWER和PowerPC、DEC的Alpha以及Intel的Pentium和相关商业编译 器作为案例，说明编译器结构、中间代码设计和各种优化方法
●给出大量定义清晰的关于代码生成、优化和其他问题的算法
●介绍由作者设计的以清晰、简洁的方式描述算法的语言ICAN (非形式编译算法表示)。

本书是经典的编译器着作，与“龙书”齐名，称为鲸书。书中针对现代语言和体系结构全面介绍了编译器设计与实现的高级论题，从编译器的基础领域中的高级问题开始，然后深入讨论了各种重要的代码优化。本书专为编译器专业人士和计算机专业本科生，研究生编写，在设计和实现高度优化的编译器以及确定优化的重要性和实现优化的最有效的方法等方面，为读者提供了非常有价值的指导。

作者简介
Steven S.Muchnick，曾是计算机科学教授，后作为惠普的PA-RISC和SUN的SPARC两种计算机体系结构的核心开发成员，将自己的知识和经验应用于编译器设计，并担任这些系统的高级编译器设计与实现小组的领导人。他在研究和开发方面的双重经验，对于指导读者作出编译器设计决策极具价值。

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

内容简介
《现代编译原理——C语言描述(英文版)/图灵原版计算机科学系列》全面讲述了现代编译器的各个组成部分，包括：词法分析、语法分析、抽象语法、语义检查、中间代码表示、指令选择、数据流分析、寄存器分配以及运行时系统等。与大多数编译原理的教材不同，《现代编译原理——C语言描述(英文版)/图灵原版计算机科学系列》采用了函数语言和面向对象语言来描述代码生成和寄存器分配，对于编译器中各个模块之间的接口都给出了实际的 C 语言头文件。 全书分成两部分，第一部分是编译的基础知识，适用于第一门编译原理课程（一个学期）；第二部分是高级主题，包括面向对象语言和函数语言、垃圾收集、循环优化、 SSA（静态单赋值）形式、循环调度、存储结构优化等。
本书是一本着名的编译原理课程的教材。国际上众多名校均采用本书作为编译原理课程的教材，包括美国麻省理工学院、加州大学伯克利分校、普林斯顿大学和英国剑桥大学等。本书在国外享有“虎书”的称号，与有“龙书”之称的《编译原理》（Alfred Aho 等编着）齐名。与编译原理方面的其他名着相比，本书出版时间晚，内容新。 书中专门为学生提供了一个用 C 语言编写的实习项目，包括前端和后端设计，学生可以在一学期内创建一个功能完整的编译器。

作者简介
Andrew W.Appel，美国普林斯顿大学计算机科学系教授，第26届ACM SIGPLAN-SIGACT程序设计原理年会大会执行主席，1998-1999年在贝尔实验室做研究工作。主要研究方向是计算机安全、编译器设计、程序设计语言等。

D. 编译原理中的语法和文法一样吗

编译原理中的语法和文法是不一样的，但却融会贯通。
在计算机科学中，文法是编译原理的基础，是描述一门程序设计语言和实现其编译器的方法。
文法分成四种类型，即0型、1型、2型和3型。这几类文法的差别在于对产生式施加不同的限制。
形式语言，这种理论对计算机科学有着深刻的影响，特别是对程序设计语言的设计、编译方法和计算复杂性等方面更有重大的作用。
多数程序设计语言的单词的语法都能用正规文法或3型文法（3型文法G=(VN，VT，P，S)的P中的规则有两种形式：一种是前面定义的形式，即：A→aB或A→a其中A，B∈VN ，a∈VT*，另一种形式是：A→Ba或A→a，前者称为右线性文法，后者称为左线性文法。正规文法所描述的是VT*上的正规集）来描述。
四个文法类的定义是逐渐增加限制的，因此每一种正规文法都是上下文无关的，每一种上下文无关文法都是上下文有关的，而每一种上下文有关文法都是0型文法。称0型文法产生的语言为0型语言。上下文有关文法、上下文无关文法和正规文法产生的语言分别称为上下文有关语言、上下文无关语言和正规语言。

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书名：Compilers Principles编译原理

作者：Alfred V. Aho

豆瓣评分：9.2

出版社：机械工业出版社

出版年份：2011-1

页数：1009

内容简介：

本书是编译领域无可替代的经典着作，被广大计算机专业人士誉为“龙书”。本书上一版自1986年出版以来，被世界各地的着名高等院校和研究机构（包括美国哥伦比亚大学、斯坦福大学、哈佛大学、普林斯顿大学、贝尔实验室）作为本科生和研究生的编译原理课程的教材。该书对我国高等计算机教育领域也产生了重大影响。 第2版对每一章都进行了全面的修订，以反映自上一版出版20多年来软件工程。程序设计语言和计算机体系结构方面的发展对编译技术的影响。本书全面介绍了编译器的设计，并强调编译技术在软件设计和开发中的广泛应用。每章中都包含大量的习题和丰富的参考文献。 本书适合作为高等院校计算机专业本科生和研究生的编译原理与技术课程的教材，也可供广大计算机技术人员参考。

作者简介：

Alfred V．Aho，美国歌伦比亚大学教授，美国国家工程院院士，ACM和IEEE会士，曾获得IEEE的冯·诺伊曼奖。着有多部算法、数据结构、编译器、数据库系统及计算机科学基础方面的着作。

Monica S．Lam，斯坦福大学计算机科学系教授，曾任Tensilica的首席科学家，也是Moka5的首任CEO。曾经主持SUIF项目，该项目产生了最流行的研究用编译器之一。

Ravi Sethi，Avaya实验室总裁，曾任贝尔实验室高级副总裁和Lucent Technologies通信软件的CTO。他曾在宾夕法尼亚州立大学，亚利桑那州立大学和普林斯顿大学任教，是ACM会士。

Jefirey D．Ullman斯坦福大学计算机科学系教授和Gradiance CEO。他的研究兴趣包括数据库理论、数据库集成、数据挖掘和利用信息基础设施教学等。他是美国国家工程学院院士、IEEE会士，获得过ACM的Karlstrom杰出教育奖和Knuth奖。

F. 编译原理课程讲什么内容

《编译原理》课程介绍编译器构造的一般原理和基本实现方法，主要介绍编译器的各个阶段：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。本课程在介绍命令式程序设计语言实现技术的同时，强调一些相关的理论知识，如形式语言和自动机理论、语法制导的定义和属性文法、类型论等。它们是计算机专业理论知识的重要一部分，在本书中结合应用来介绍这些知识，有助于学生较快领会和掌握。本课程强调形式化描述技术，并以语法制导定义作为翻译的主要描述工具。本课程强调对编译原理和技术在宏观上的理解，作为原理性的教学，本课程主要介绍基本的理论和方法，不偏向于某种源语言或目标机器。

G. 什么是编译原理

编译原理是计算机专业的一门重要专业课，旨在介绍编译程序构造的一般原理和基本方法。内容包括语言和文法、词法分析、语法分析、语法制导翻译、中间代码生成、存储管理、代码优化和目标代码生成。 编译原理是计算机专业设置的一门重要的专业课程。虽然只有少数人从事编译方面的工作，但是这门课在理论、技术、方法上都对学生提供了系统而有效的训练，有利于提高软件人员的素质和能力。
这门课程关注的是编译器方面的产生原理和技术问题，似乎和计算机的基础领域不沾边，可是编译原理却一直作为大学本科的 必修课程，同时也成为了研究生入学考试的必考内容。编译原理及技术从本质上来讲就是一个算法问题而已，当然由于这个问题十分复杂，其解决算法也相对复杂。 我们学的数据结构与算法分析也是讲算法的，不过讲的基础算法，换句话说讲的是算法导论，而编译原理这门课程讲的就是比较专注解决一种的算法了。在20世纪 50年代，编译器的编写一直被认为是十分困难的事情，第一Fortran的编译器据说花了18年的时间才完成。在人们尝试编写编译器的同时，诞生了许多跟 编译相关的理论和技术，而这些理论和技术比一个实际的编译器本身价值更大。就犹如数学家们在解决着名的哥德巴赫猜想一样，虽然没有最终解决问题，但是其间 诞生不少名着的相关数论。

H. 编译原理第三版清华大学

“编译原理”是计算机专业非常重要的一门专业课，在计算机教学中有着举足轻重的地位。

编译原理中编译系统是整个计算机系统中极其重要的系统软件，它的作用是把计算机高级语言最终翻译成等价的计算机指令，从而保证高级程序设计语言顺利运行。所以，“编译原理”是计算机科学中基本研究内容之一。

编译器：编译器是计算机程序中应用比较多的工具,在对编译器进行前端设计时，一定要充分考虑影响因素，还要对词法、语法、语义进行分析。

过程分析：将高级程序设吾言，如C、C++、Java等，翻译成计算机可以执行的机器指令代码流的过程，即是编译的过程。编译过程一般分为6个步骤，即词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、中间代码优化、目标代码生成。

I. 如何更好的掌握编译器的设计与实现

1. 阅读相关书籍：编译原理、编译器设计、编译器实现等；
2. 自学相关编程语言：C、C++、Java等；
3. 实践：可以使用开源的编译器框架，例如ANTLR，搭建自己的编译器；
4. 了解编译器的各个组成部分，并学习它们的工作原理；
5. 阅读技术文章，了解编译器的设计和实现的最新进展；
6. 加入开源项目，编写和维护编译器；
7. 在论坛上交流，和更多的编译器开发者分享心得体会；
8. 参加学术会议，接触到最新的研究成果；
9. 尝试着自己设计一个编译器，用实践来加深理解。