淺談程序設計語言編譯原理

付葉薔 河南大學軟件學院

1 編譯原理的發展

編譯原理產生于20世紀40年代，由于著名匈牙利裔美籍數學家,計算機科學家,物理學家和化學家馮.諾伊曼在存儲程序在計算機方面的領頭作用，在計算機中編寫一串代碼或程序保存在計算機中執行是非常有必要的。起初，這些程序都是用機器語言編寫的指令（只有0和1的程序）。機器語言是一種指令集的體系。這種指令集，稱機器碼，是電腦的CPU可直接解讀的數據，機器語言具有靈活、直接執行和速度快等特點。但同時，機器語言大量繁雜瑣碎的細節牽制著程序員，所以編寫這樣的代碼充滿挑戰，非常困難。從而這種代碼形式很快被產生于符號語言（匯編語言）編寫的程序代替了。隨著時間推移和科技發展，用于編譯原理的編譯器包括了更復雜的算法應用程序，主要用于推斷或簡化程序中的信息。

2 淺談詞法分析

詞法分析是編譯過程的第一個階段,主要任務是對構成源程序的字符流從左至右進行掃描和分解,把它識別為一個個具有獨立意義的最小語法單位,即單詞,從而產生一個個的單詞符號, 把作為字符串的源程序改造成為單詞符號串的中間程序，用于語法分析，因此，詞法分析是編譯的基礎。執行詞法分析的程序稱為詞法分析程序或掃描程序, 它按構詞規則識別單詞, 將作為字符串的源程序改造成為單詞符號串。單詞一般采用形如（單詞種別, 單詞符號的屬性值>的二元組形式表示, 其中單詞類別是語法分析需要的信息, 而單詞自身值則是其他編譯階段需要的信息。編譯程序是在單詞的級別上來分析和翻譯源程序的, 因此，詞法分析在編譯原理中發揮著首要作用。詞法分析程序除了識別單詞這個基本任務外, 還可完成如對源程序進行處理, 組織源程序的輸入、刪除注釋等。

3 淺談詞法分析應用

詞法分析滲透在計算機領域的各個方面。它在軟件工程中得到了極為廣泛的應用，這主要是由于詞法分析特性決定，詞法分析是對構成源程序的字符流進行掃描, 然后根據構詞規則識別單詞符號, 這正是源代碼逆向分析過程中重要的的一步。因為，詞法分析是機器翻譯的第一階段, 當源語言文本送入計算機后, 首先要進行詞法分析, 及輸出單詞符號，對關鍵字、標識符、常數、運算符、界符進行分析。這也是完成計算機翻譯過程的基礎和關鍵階段, 此步為接下來的句法分析和目標語言生成奠定了基礎, 其準確程度的高低直接影響著句法分析的準確率和譯文的準確性。詞法分析可以實現軟件工程中的構架應用系統和三層構架應用系統中超文本鏈接的自動測試等。同時，依據詞法分析的特性，可以為數據庫中數據的獲取和存儲提供基礎，良好的解決了數據庫中關鍵字的建立問題等。

4 語法分析

語法分析程序從掃描程序中獲取記號形式的源代碼，并完成定義程序結構的語法分析 ，這與自然語言中句子的語法分析類似。語法分析是編譯過程的核心部分。它的任務是在詞法分析識別出單詞符號串的基礎上，分析并判定程序的語法結構是否符合語法規則。可以粗略地把語法分析分成兩類，一類是自上而下分析法，一類是自下而上分析法。自上而下，及從文法的開始符號出發，向下推導，推出句子。自上而下的分析法可以構造一顆語法樹，把文法的開始符號當成根節點依次遞歸推導產生。自下而上，就是從輸入串開始，逐步進行規約，直至歸納到文法的開始符號，換種說法，也就是從語法樹的末端開始，逐步往上，直到根節點。自下而上的分析使用了“移近-規約法”，用一個寄存符號先進后出棧，把輸入符號逐個移進棧里，當棧頂形成某個產生式的一個候選式時，再替換。

5 總結

編譯原理這門課研究的是編譯器方面產生原理和技術問題，為大學生本科階段的在計算機方面的學習提供了很好的基礎，使學生對編譯程序有了更深刻的理解。雖然編譯原理從本質上來說只是一個算法問題而已，但當其需解決的問題十分復雜時，其算法也相對復雜。與數據結構這門課程相比，編譯原理這門課程講的是比較專注解決一種的算法。曾經，編譯器的編寫一直被認為是十分困難的事情，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。

[1]陳火旺，劉春林，譚慶平，趙客佳，劉越.程序設計語言編譯原理.北京：國防工業出版社，2004

[2]王峰，張浩軍，閻娟，侯惠芳. 編譯原理課程教學中的詞法分析及其應用[J].計算機教育, 2013 (17) .