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[26355] 2021-01-22_为什么编译原理被称为龙书？

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-19
2021-01-22_为什么编译原理被称为龙书？ 为 什 么 编 译 原 理 被 称 为 龙 书 ？ L i n u x 学 习   2 0 2 1 - 0 1 - 2 2 以 下 文 章 来 源 于 J a v a 建 设 者   ， 作 者 c x u a n 来 自 公 众 号 ： 来 自 公 众 号 ： J a v a 建 设 者 建 设 者 碎 碎 念 碎 碎 念 为 什 么 这 本 书 叫 做   ？ 这 本 书 很 有 意 思 ， 它 的 书 名 是   ， 也 就 是 编 译 器 的 原 则 、 技 术 和 工 具 。 但 它 却 画 出 了 一 个 恐 龙 和 骑 士 ， 恐 龙 身 上 写 的 是   ， 也 就 是 J a v a 建 设 者 建 设 者   . 专 注 于   J a v a   编 程 ， 内 容 涵 盖   J a v a   基 础 、 J a v a   进 阶 、 J a v a   多 线 程 、 J a v a   框 架 等 。 龙 书 ( D r a g o n   b o o k ) 《 C o m p i l e r s :   P r i n c i p l e s ,   T e c h n i q u e s ,   a n d   T o o l s 》 C o m p l e x i t y   o f   C o m p i l e r   D e s i g n 复 杂 的 编 译 器 设 计
， 骑 士 的 盾 上 写 的 是   ， 也 就 是 语 法 翻 译 。 骑 士 的 剑 上 看 的 不 是 很 清 楚 ， 我 猜 测 应 该 是 优 秀 的 编 译 器 的 意 思 。 这 是 征 服 复 杂 性 的 隐 喻 。 优 秀 的 编 译 器 会 直 接 征 服 复 杂 的 编 译 ， 复 杂 的 编 译 设 计 永 远 无 法 攻 破 语 法 翻 译 。 什 么 是 编 译 原 理 什 么 是 编 译 原 理 计 算 机 是 只 认 识 二 进 制 的 ， 但 是 我 们 平 常 开 发 中 根 本 不 会 使 用 二 进 制 进 行 开 发 ， 我 们 使 用 的 都 是   J a v a 、 C   这 类 的 高 级 语 言 ， 每 种 语 言 都 会 经 过 一 系 列 的 转 换 才 能 被 计 算 机 识 别 ， 那 么 到 底 是 谁 做 的 这 项 工 作 呢 ？ 一 个 被 称 为     的 大 佬 出 场 了 。 语 言 处 理 器 语 言 处 理 器 首 先 考 虑 一 下 一 个 例 子 ， 你 如 何 才 能 和 老 外 对 话 ？ 你 是 不 是 需 要 学 英 语 ？ 我 们 有 一 些 同 学 可 能 认 为 英 语 难 学 ， 经 常 会 在 英 语 书 上 做 一 些 汉 语 标 记 方 便 理 解 。 S y n t a x   D i r e c t e d   G r a n s l a t i o n 编 译 器 ( c o m p i l e r )
那 么 ， 谁 做 了 由 英 语 到   的 英 语 之 间 的 转 换 呢 ？ 答 案 是 你 的 大 脑 。 所 以 ， 我 们 可 以 归 纳 一 下 这 个 过 程 。 因 为 我 们 懂 汉 语 （ 自 己 的 一 套 语 法 规 则 ） ， 我 们 把 英 语 （ 需 要 学 习 的 语 言 ） 转 换 为 我 们 便 于 理 解 的 汉 语 （ 大 脑 翻 译 规 则 ） ， 我 们 才 能 学 会 英 语 和 老 外 对 话 （ 转 换 为 目 标 语 言 ） 。 方 便 记 忆
这 里 我 说 一 点 ： 昨 天 晚 上 外 出 遛 狗 有 个 老 黑 和 中 国 女 生 对 话 ， 中 国 女 生 竟 然 讲 英 文 ？ ？ ？ ？ ？ ？ 这 可 是 中 国 本 土 好 么 ， 为 什 么 外 国 人 来 到 中 国 不 讲 汉 语 偏 要 中 国 人 讲 英 文 ？ ？ ？ 你 去 外 国 旅 游 你 会 讲 中 文 吗 ？ ？ ？ 这 是 一 个 基 本 认 知 问 题 ， 别 怪 我 偏 执 。 我 认 为 外 国 人 要 来 我 们 国 家 最 基 本 的 一 点 就 是 ： 你 要 学 中 文 ， 千 万 不 要 抱 着 英 语 为 上 的 心 态 ， 汉 语 不 输 任 何 语 言 。 回 到 正 题 ， 我 们 上 面 举 出 的 这 个 学 英 语 的 例 子 ， 其 实 就 是 一 个 由 原 程 序 经 过 某 种 机 制 转 换 ， 把 它 变 成 目 标 语 言 的 过 程 。 也 就 是 编 译 器 就 是 一 个 翻 译 官 的 角 色 ， 它 负 责 把 源 程 序 的 语 法 翻 译 成 目 标 程 序 能 够 理 解 的 语 法 。 回 到 计 算 机 中 ， 我 们 肯 定 需 要 目 标 程 序 来 做 一 些 事 情 的 。 也 就 是 ， 我 们 通 过 某 个 渠 道 获 得 的 输 入 信 息 ， 会 经 过 编 译 器 的 转 换 ， 变 为 输 出 信 息 进 行 展 示 。 除 了 编 译 器 之 外 ， 还 有 一 种 称 为     的 语 言 处 理 器 ， 它 不 是 做 翻 译 工 作 的 ， 而 是 把 用 户 提 供 的 输 入 执 行 源 程 序 中 指 定 的 操 作 。 我 们 熟 知 的   J a v a   语 言 ， 就 结 合 了 编 译 和 解 释 的 过 程 ， 我 们 写 的   J a v a   源 文 件 首 先 被 编 译 成   解 释 器 ( i n t e r p r e t e r ) 字 节 码 ( b y t e c o d e )
， 字 节 码 是 一 种 中 间 码 ， 它 通 常 被 看 成 是 可 执 行 的 二 进 制 文 件 。 然 后 再 由   J a v a   虚 拟 机 对 字 节 码 解 释 执 行 。 这 样 ， 在 一 台 机 器 上 编 译 的 字 节 码 就 能 够 在 其 他 机 器 上 解 释 执 行 ， 这 种 体 现 了   J a v a   语 言 的 。 为 了 提 高 编 译 速 度 ， J a v a   中 有 一 种     即 时 编 译 器 会 一 边 编 译 一 边 执 行 。 一 个 源 文 件 程 序 可 能 被 划 分 为 多 个 模 块 ， 并 存 放 在 多 个 文 件 中 ， 还 需 要 把 文 件 链 接 在 一 起 ， 所 以 ， 除 了 编 译 器 之 外 ， 还 需 要 一 种 能 链 接 文 件 的 部 件 参 与 ，   是 做 这 件 事 情 的 。 如 下 图 所 示 平 台 无 关 性 j u s t - i n - t i m e , J I T 预 处 理 器 ( p r e p r o s s o r )
预 处 理 器 经 过 预 处 理 后 会 作 为 输 入 传 递 给 编 译 器 ， 编 译 器 对 源 程 序 进 行 编 译 ， 编 译 完 成 后 生 成 汇 编 代 码 ， 作 为 汇 编 器 的 输 入 传 递 给 汇 编 器 ， 汇 编 器 进 行 汇 编 处 理 转 换 为 机 器 代 码 ， 注 意 这 个 时 候 还 不 是 目 标 代 码 ， 还 要 经 过 链 接 器 与 系 统 库 函 数 进 行 链 接 ， 最 后 由 加 载 器 把 目 标 代 码 加 载 到 内 存 中 执 行 编 译 器 的 结 构 编 译 器 的 结 构 我 们 上 面 大 概 了 解 了 一 下 语 言 的 处 理 过 程 ， 下 面 我 们 就 来 了 解 一 下 编 译 器 的 内 部 结 构 ， 编 译 器 内 部 其 实 具 有 两 种 结 构 ： 部 分 和     部 分 。 分 析 过 程 相 当 于 是 把 源 程 序 分 成 多 个 结 构 ， 每 个 结 构 都 有 特 定 的 语 法 格 式 进 行 校 验 ， 在 经 由 每 个 校 验 后 ， 如 果 不 满 足 指 定 的 语 法 格 式 则 进 行 提 醒 ， 使 用 户 进 行 修 改 。 分 析 部 分 还 会 收 集 有 关 源 程 序 的 信 息 ， 会 把 收 集 到 的 信 息 存 放 在 一 个 被 称 为     的 数 据 结 构 中 。 符 号 表 和 中 间 表 示 形 式 一 起 传 给 部 分 。 整 合 过 程 是 根 据 分 析 过 程 传 递 的 信 息 来 构 造 用 户 期 待 的 目 标 程 序 。 分 析 和 整 合 统 称 为     和     ， 哈 哈 哈 哈 。 分 析 ( a n a l y s i s ) 整 合 ( s y n t h e s i s ) 符 号 表 ( s y m b o l   t a b l e ) 整 合 前 端 ( f r o n t   e n d ) 后 端 ( b a c k   e n d )
这 里 你 需 要 知 道   的 概 念 ： 符 号 表 是 编 译 器 使 用 和 维 护 的 数 据 结 构 ， 由 标 识 符 和 类 型 组 成 。 符 号 表 的 主 要 作 用 是 帮 助 编 译 器 快 速 定 位 。 下 面 是 一 个 编 译 器 的 典 型 结 构 下 面 我 们 就 针 对 编 译 器 结 构 的 每 一 层 进 行 描 述 和 讨 论 词 法 分 析 词 法 分 析 是 编 译 器 的 第 一 个 步 骤 ， 它 也 被 称 为   。 词 法 分 析 器 通 过 读 入 外 部 的 字 符 流 对 其 进 行 扫 描 ， 并 且 把 它 们 组 成 有 意 义 的 序 列 ， 对 于 每 个 词 素 ， 词 法 分 析 器 都 会 产 生 符 号 表 ( S y m b o l   T a b l e ) 词 法 分 析 ( L e x i c a l   A n a l y z e r ) 扫 描 ( s c a n n i n g ) 词 素 ( l e x e m e ) 词 法 单 元 ( t o k e n )
  作 为 输 出 。 这 个 词 法 单 元 会 传 递 给 下 一 个 步 骤 ， 也 就 是 语 法 分 析 。 这 里 需 要 解 释 一 下   T o k e n   、 词 素 和 词 法 分 析 器 的 概 念 我 们 常 用 的 编 程 语 言 就 是 具 有 词 素 的 单 词 和 符 号 的 集 合 ， 比 如   C   语 言 中 有   ( ) ， - >   等 等 。 关 键 字   i f . . . w h i l e . . . ， 变 量 或 函 数 名 称 以 及 数 字 和 字 符 串 常 量 也 被 视 为 词 素 。 并 不 是 所 有 的 自 负 都 属 于 词 素 ， 例 如 空 格 和 注 释 就 不 属 于 。 词 法 分 析 器 用 来 分 析 词 素 有 两 个 规 则 跳 过 不 能 以 字 母 开 头 的 字 符 然 后 找 到 剩 余 的 最 长 前 缀 ， 也 就 是 词 素 这 两 句 话 比 较 抽 象 ， 举 个 例 子 来 说 明 一 下 比 如   C   语 言 中 有 这 么 一 个 语 句 那 么 第 一 个 词 素 就 是   i f x ， 为 什 么 不 是   i f   呢 ？ 因 为   i f   不 是 最 长 的 前 缀 。 然 后 后 面 的 词 素 依 次 是   = ， 2 0 ， * ， 3 0 和 ； 。 词 素 、 词 法 分 析 器 、 t o k e n   的 关 系 如 下 词 素 是   T o k e n   的 实 例 ， 词 法 分 析 器 的 主 要 任 务 就 是 从 源 程 序 中 读 取 字 符 并 产 生   t o k e n 。 t o k e n   也 是 有 结 构 的 ， 一 般 结 构 如 下 在 词 法 分 析 生 成 的     中 ， 第 一 个 词   t o k e n - n a m e   是 语 法 分 析 期 间 使 用 的 抽 象 符 号 ， 第 二 个 词   a t t r i b u t e - v a l u e   指 向 的 是 符 号 表 中 关 于 这 个 词 法 单 元 i f x   =   2 0 * 3 0 ; t o k e n
的 条 目 数 。 我 们 举 个 例 子 来 看 一 下 词 法 分 析 的 拆 解 过 程 。 比 如 现 在 源 程 序 中 有 一 个 赋 值 语 句 这 个 赋 值 语 句 中 的 字 符 可 以 组 合 成 如 下 词 素 ， 并 转 换 成 为   t o k e n ， 并 传 递 给 语 法 分 析 阶 段 。 首 先 ， i n c o m e   是 一 个 词 素 ， 它 会 被 映 射 为   < i d , 1 > ， 其 中     i d   是 表 示 的     的 抽 象 符 号 ， 而   1   指 的 是 符 号 表 中   i n c o m e   在 符 号 表 中 的 条 数 。 然 后 是 赋 值 符 号   =   ， 它 也 是 一 个 词 素 ， 被 映 射 称 为   t o k e n   中 的   <   =   > 。 这 个 t o k e n   不 需 要 属 性 值 ， 所 以 没 有 第 二 个 词 。 m a i n j o b   是 一 个 词 素 ， 它 被 映 射 成 为   t o k e n   中 的   < i d , 2 > ， 2   是   m a i n j o b   对 应 的 符 号 表 条 目 + 也 是 一 个 词 素 ， 它 被 映 射 称 为   <   +   > ， 没 有 条 目 数 s i d e l i n e   是 一 个 词 素 ， 它 被 映 射 称 为   t o k e n   中 的   < i d , 3 > ， 3   是   s i d e l i n e   对 应 的 符 号 表 条 目 所 以 ， 经 过 词 法 分 析 后 ， 上 面 的 源 程 序 会 变 为 在 上 面 的 表 达 式 中 ，   =   和   +   分 别 表 示 赋 值 和 加 法 运 算 符 的 抽 象 符 号 。 用 图 来 表 示 的 话 就 是 i n c o m e   =   m a i n j o b   +   s i d e l i n e   / /   收 入   =   主 业   +   副 业 标 识 符 ( i d e n t i f i e r ) < i d , 1 >   <   =   >   < i d , 2 >   <   +   >   < i d , 3 >
语 法 分 析 语 法 分 析 编 译 器 的 第 二 个 步 骤 是     或 者 称 为   。 语 法 分 析 器 使 用 由 词 法 分 析 器 生 成 的 各 个 词 法 单 元 的 第 一 个 分 量 来 创 建 树 形 的 中 间 表 示 。 常 用 的 方 法 就 是   。 编 译 器 的 后 续 步 骤 都 会 使 用 这 个 语 法 结 构 来 帮 助 分 析 源 程 序 ， 并 生 成 目 标 程 序 。 语 法 分 析 ( s y n t a x   a n a l y s i s ) 解 析 ( p a r s i n g ) 语 法 树 ( s y n t a x   t r e e )
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