現代編譯原理 C語言描述 修訂版 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

産品特色

編輯推薦

本書享有“虎書”的稱號，與有“龍書”之稱的《編譯原理》齊名，在先進性、新穎性上有很好的優勢。
本書是經典編譯原理教材，國際上眾多名校均采用本書作為編譯原理課程的教材，包括美國麻省理工學院、加州大學伯剋利分校、普林斯頓大學和英國劍橋大學等。
《現代編譯原理：C語言描述（修訂版）》按照編譯器處理過程的各個階段依次組織，並精心設計瞭一個“學生項目編譯器”的框架和模塊接口。每一章結尾均給齣習題，使得學生在掌握瞭編譯原理和方法的同時，能夠理論聯係實際地親自動手體驗具體的實現過程。
《現代編譯原理：C語言描述（修訂版）》還增加瞭一些其他編譯原理教科書沒有涉及的內容。前端增加瞭麵嚮對象的程序設計語言、函數式程序設計語言等現代語言的編譯實現方法，後端增加瞭針對現代計算機體係結構特徵的一些比較成熟的優化方法。這展現瞭現代商業編譯器需解決的一些關鍵問題，開拓瞭學生的視野，為未來更深入的研究奠定基礎。

內容簡介

本書全麵講述瞭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、中間代碼錶示、指令選擇、數據流分析、寄存器分配以及運行時係統等。全書分成兩部分，* 一部分是編譯的基礎知識，適用於* 一門編譯原理課程（一個學期）；* 二部分是高 級主題，包括麵嚮對象語言和函數語言、垃圾收集、循環優化、存儲結構優化等，適閤於後續課程或研究生教學。書中專門為學生提供瞭一個用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係教授，1998~1999年在貝爾實驗室做研究工作。主要研究方嚮是計算機安全、編譯器設計、程序設計語言等。
Maia Ginsburg
美國普林斯頓大學計算機科學係講師。

目錄

* 一部分　編譯基本原理
* 1章　緒論　　1
1．1　模塊與接口　　1
1．2　工具和軟件　　3
1．3　樹語言的數據結構　　3
程序設計：直綫式程序解釋器　　7
推薦閱讀　　8
習題　　9
* 2章　詞法分析　　10
2．1　詞法單詞　　10
2．2　正則錶達式　　11
2．3　有限自動機　　13
2．4　非確定有限自動機　　15
2．5　Lex：詞法分析器的生成器　　20
程序設計：詞法分析　　22
推薦閱讀　　23
習題　　23
第3章　語法分析　　27
3．1　上下文無關文法　　28
3．2　預測分析　　32
3．3　LR分析　　39
3．4　使用分析器的生成器　　48
3．5　錯誤恢復　　54
程序設計：語法分析　　57
推薦閱讀　　58
習題　　58
第4章　抽象語法　　62
4．1　語義動作　　62
4．2　抽象語法分析樹　　65
程序設計：抽象語法　　71
推薦閱讀　　71
習題　　72
第5章　語義分析　　73
5．1　符號錶　　73
5．2　Tiger編譯器的綁定　　79
5．3　錶達式的類型檢查　　82
5．4　聲明的類型檢查　　84
程序設計：類型檢查　　86
習題　　87
第6章　活動記錄　　89
6．1　棧幀　　90
6．2　Tiger編譯器的棧幀　　96
程序設計：棧幀　　102
推薦閱讀　　103
習題　　103
第7章　翻譯成中間代碼　　106
7．1　中間錶示樹　　106
7．2　翻譯為樹中間語言　　108
7．3　聲明　　120
程序設計：翻譯成樹　　122
習題　　123
第8章　基本塊和軌跡　　125
8．1　規範樹　　126
8．2　處理條件分支　　131
推薦閱讀　　134
習題　　134
第9章　指令選擇　　136
9．1　指令選擇算法　　138
9．2 　CISC機器　　144
9．3　Tiger編譯器的指令選擇　　146
程序設計：指令選擇　　152
推薦閱讀　　153
習題　　154
* 10章　活躍分析　　155
10．1　數據流方程的解　　156
10．2　Tiger編譯器的活躍分析　　162
程序設計：構造流圖　　164
程序設計：活躍分析模塊　　165
習題　　165
* 11章　寄存器分配　　166
11．1　通過簡化進行著色　　166
11．2　閤並　　168
11．3　預著色的結點　　171
11．4　圖著色的實現　　175
11．5　針對樹的寄存器分配　　181
程序設計：圖著色　　184
推薦閱讀　　185
習題　　185
* 12章　整閤為一體　　188
程序設計：過程入口/齣口　　189
程序設計：創建一個可運行的編譯器　　191
* 二部分　高 級主題
* 13章　垃圾收集　　193
13．1　標記-清掃式收集　　194
13．2　引用計數　　197
13．3　復製式收集　　198
13．4　分代收集　　201
13．5　增量式收集　　203
13．6　Baker算法　　205
13．7　編譯器接口　　205
程序設計：描述字　　208
程序設計：垃圾收集　　208
推薦閱讀　　208
習題　　210
* 14章　麵嚮對象的語言　　211
14．1　類　　211
14．2　數據域的單繼承性　　213
14．3　多繼承　　214
14．4　測試類成員關係　　216
14．5　私有域和私有方法　　218
14．6　無類語言　　219
14．7　麵嚮對象程序的優化　　219
程序設計：OBJECT-Tiger　　220
推薦閱讀　　220
習題　　221
* 15章　函數式程序設計語言　　222
15．1　一個簡單的函數式語言　　222
15．2　閉包　　224
15．3　不變的變量　　225
15．4　內聯擴展　　229
15．5　閉包變換　　233
15．6　高效的尾遞歸　　235
15．7　懶惰計算　　236
推薦閱讀　　243
程序設計：編譯函數式語言　　244
習題　　244
* 16章　多態類型　　246
16．1　參數多態性　　246
16．2　類型推論　　253
16．3　多態變量的錶示　　259
16．4　靜態重載的解決方法　　265
推薦閱讀　　266
習題　　266
* 17章　數據流分析　　269
17．1　流分析使用的中間錶示　　270
17．2　各種數據流分析　　271
17．3　使用數據流分析結果的幾種轉換　　274
17．4　加快數據流分析　　276
17．5　彆名分析　　281
推薦閱讀　　285
習題　　285
* 18章　循環優化　　287
18．1　必經結點　　289
18．2　循環不變量計算　　292
18．3　歸納變量　　293
18．4　數組邊界檢查　　297
18．5　循環展開　　300
推薦閱讀　　301
習題　　301
* 19章　靜態單賦值形式　　303
19．1　轉化為SSA形式　　305
19．2　必經結點樹的高效計算　　310
19．3　使用SSA的優化算法　　315
19．4　數組、指針和存儲器　　320
19．5　控製依賴圖　　321
19．6　從SSA形式轉變迴來　　323
19．7　函數式中間形式　　324
推薦閱讀　　327
習題　　328
* 20章　流水和調度　　331
20．1　沒有資源約束時的循環調度　　332
20．2　有資源約束的循環流水　　336
20．3　分支預測　　341
推薦閱讀　　343
習題　　343
* 21章　存儲層次　　346
21．1　cache的組織結構　　346
21．2　cache塊對齊　　349
21．3　預取　　350
21．4　循環交換　　354
21．5　分塊　　355
21．6　垃圾收集和存儲層次　　357
推薦閱讀　　358
習題　　358
附錄　Tiger語言參考手冊　　360
參考文獻　　368
索引　　376

《代碼的奧秘：踏入編譯器的奇妙世界》 一、 背景與價值：理解軟件的基石 在數字時代，軟件已滲透到我們生活的方方麵麵，從智能手機上的應用程序到驅動龐大數據庫的服務器，再到操控現代汽車的嵌入式係統，無處不在。我們習慣於使用高級語言（如Python、Java、C++）編寫指令，然後由計算機直接執行。但在這流暢的用戶體驗背後，隱藏著一個至關重要的過程——編譯。 編譯是將人類可讀的高級編程語言轉化為計算機能夠理解和執行的低級機器碼的過程。它就像一位精明的翻譯官，將復雜的思想轉化為機器能夠準確執行的指令。沒有編譯，我們就無法在日常使用的計算機上運行任何程序。因此，深入理解編譯原理，不僅是對編程技能的提升，更是對軟件工程本質的深刻洞察。它幫助我們理解程序運行的深層機製，優化代碼性能，甚至能夠診斷和解決棘手的程序錯誤。 本書《代碼的奧秘：踏入編譯器的奇妙世界》旨在帶領讀者踏上一段探索編譯原理的旅程。我們並非聚焦於某一本特定的參考書，而是從編譯器的核心概念入手，剝離其技術細節，展現其內在的邏輯和優雅。我們將從零開始，逐步揭示一個編譯器是如何工作的，從最初的源代碼，到最終的機器指令，每一個環節都充滿瞭智慧與挑戰。 二、 內容概覽：編譯器的五髒六腑 編譯器的設計和實現是一個復雜但高度模塊化的過程。本書將深入剖析編譯器的主要組成部分，並輔以概念性的闡述和邏輯性的講解，確保讀者能夠清晰地理解每個階段的功能和相互關係。 1. 詞法分析：識彆語言的“單詞” 任何語言，無論是自然語言還是編程語言，都由基本的“詞語”構成。在編程語言中，這些“詞語”被稱為記號（tokens）。詞法分析器的任務就是讀取源代碼字符流，將其劃分成有意義的記號序列。例如，在C語言中，`int count = 0;` 這行代碼會被詞法分析器識彆為： `int` (關鍵字) `count` (標識符) `=` (賦值運算符) `0` (整型常量) `;` (分號) 詞法分析器通常使用有限自動機（Finite Automata）作為其理論基礎，通過定義一係列規則（即正則錶達式）來匹配源代碼中的模式。本書將深入講解正則錶達式的強大之處，以及如何將其轉化為高效的有限自動機。我們會探討如何處理空格、注釋、關鍵字、標識符、常量（數字、字符串等）、運算符、分隔符等各種類型的記號。理解詞法分析，就像學會瞭辨認文字中的每個單詞，為後續的理解打下基礎。 2. 語法分析：理解語言的“句子結構” 僅僅識彆齣單詞還不夠，我們需要理解這些單詞如何組閤成有意義的“句子”或“短語”。這個過程就是語法分析（Parsing），也稱為句法分析。語法分析器接收記號流，並根據編程語言的文法（Grammar）規則，構建一個層次化的結構，通常是一個抽象語法樹（Abstract Syntax Tree，AST）。 抽象語法樹是源代碼的一種樹形錶示，它省略瞭許多非必要的語法細節（如分號、括號等），隻保留瞭程序的結構和語義信息。例如，對於錶達式 `a + b c`，其抽象語法樹會清晰地錶示齣乘法運算優先於加法運算。 本書將重點講解兩種主要的語法分析技術： 自頂嚮下分析：例如遞歸下降分析（Recursive Descent Parsing），這種方法易於理解和實現，常用於手寫分析器。我們將詳細闡述如何通過定義一係列相互調用的函數來對應文法規則。 自底嚮上分析：例如移進-歸約分析（Shift-Reduce Parsing），包括LR分析（LR Parsing）及其變種（SLR, LALR, Canonical LR）。這類方法功能更強大，能夠處理更廣泛的文法，是許多商業編譯器采用的核心技術。我們將闡述移進、歸約、棧等關鍵概念，並分析它們如何構建抽象語法樹。 通過語法分析，我們從一串無序的記號，構建齣程序的邏輯骨架，為後續的語義理解和代碼生成鋪平瞭道路。 3. 語義分析：賦予“句子”意義 擁有瞭抽象語法樹，我們還需要確保程序的“意思”是閤法的。語義分析（Semantic Analysis）負責檢查程序的語法正確性之外的錯誤，並收集程序中與類型、聲明、作用域等相關的信息。 主要的語義分析任務包括： 類型檢查：確保運算符的操作數類型匹配，函數的參數類型與聲明一緻，賦值操作的左右兩邊類型兼容等。例如，不允許將字符串直接賦值給整型變量。 聲明檢查：驗證所有使用的變量、函數等都已聲明，並且在閤法的作用域內使用。 作用域分析：確定每個標識符的可見範圍，處理嵌套作用域和全局作用域。 信息收集：為後續的代碼生成階段準備符號錶（Symbol Table）。符號錶是一個記錄程序中所有標識符及其屬性（類型、作用域、存儲位置等）的數據結構。 本書將深入探討如何構建和維護符號錶，以及如何遍曆抽象語法樹來執行各種語義檢查。理解語義分析，就像為理解的句子賦予瞭具體的含義，確保程序邏輯的閤理性。 4. 中間代碼生成：搭建通往機器的橋梁 在將高級語言代碼直接翻譯成機器碼之前，一個重要的中間步驟是生成中間代碼（Intermediate Code，IC）。中間代碼是一種比高級語言更接近機器語言，但又獨立於特定機器架構的錶示形式。它簡化瞭編譯器的設計，使得編譯器可以更容易地進行優化，並且更容易支持多種目標機器。 常見的中間代碼形式包括： 三地址碼（Three-Address Code）：每個指令最多包含三個地址（操作數或結果）。例如，`t1 = a + b`。 P-代碼（P-Code）：一種棧式虛擬機代碼。 控製流圖（Control Flow Graph，CFG）：以基本塊為節點的有嚮圖，錶示程序執行的控製流程。 本書將重點講解三地址碼的生成，因為它是一種直觀且易於優化的中間錶示。我們將探討如何從抽象語法樹生成三地址碼，並分析如何錶示各種控製結構（如條件語句、循環語句）。 5. 代碼優化：讓程序“跑得更快” 生成的中間代碼雖然能正確執行，但往往不夠高效。代碼優化（Code Optimization）的目標是改進中間代碼，使其在運行時更快、占用更少的內存或更少的能源。優化可以發生在多個層麵，從局部優化到全局優化。 常見的優化技術包括： 常量摺疊（Constant Folding）：在編譯時計算常量錶達式的值。例如，將 `2 + 3` 替換為 `5`。 代數簡化（Algebraic Simplification）：利用代數定律簡化錶達式。例如，將 `x 1` 替換為 `x`。 死代碼消除（Dead Code Elimination）：移除永遠不會被執行的代碼。 公共子錶達式消除（Common Subexpression Elimination）：識彆並消除重復計算的錶達式。 循環優化：如循環不變代碼外提（Loop-Invariant Code Motion），將不會在循環中改變的計算移到循環外。 過程內優化（Intra-procedural Optimization）和過程間優化（Inter-procedural Optimization）。 本書將介紹一些經典的優化技術，並通過具體的例子展示它們如何改善中間代碼的效率。我們將著重於理解這些優化的原理，以及它們對程序性能的影響。 6. 代碼生成：轉化為機器的語言 這是編譯過程的最後一步，將經過優化的中間代碼轉化為目標機器的機器碼（Machine Code）。這一階段需要考慮目標處理器的指令集架構（ISA）、寄存器分配、內存管理等細節。 代碼生成器的工作主要包括： 指令選擇（Instruction Selection）：將中間代碼的操作映射到目標機器的機器指令。 寄存器分配（Register Allocation）：將變量和臨時值分配到CPU的寄存器中，以減少對內存的訪問。這是影響性能的關鍵步驟。 指令調度（Instruction Scheduling）：重新排列指令的順序，以充分利用CPU的流水綫，避免停頓。 本書將探討代碼生成的基本原理，並介紹寄存器分配的一些常用算法，如圖著色算法。我們將理解機器指令的本質，以及如何巧妙地利用硬件資源來生成高效的機器碼。 三、 學習方法與實踐建議 為瞭真正掌握編譯原理，理論學習與實踐相結閤至關重要。 概念優先：初期應重點理解每個階段的核心概念、目的和輸入輸齣。不要過早陷入細節。 循序漸進：從簡單的語言（如一個小型自定義語言）開始，逐步實現編譯器的各個階段。 工具輔助：利用現有的工具，如Lex/Yacc（或Flex/Bison）、ANTLR等，來輔助詞法和語法分析器的生成，可以將精力更多地集中在語義分析和代碼生成上。 閱讀經典：雖然本書不直接引用某本教材，但瞭解經典的編譯器著作（如《編譯原理：龍書》）的結構和思想，有助於建立更全麵的認識。 實踐項目：嘗試編寫一個簡單的解釋器，或者一個針對特定計算任務的編譯器，在實踐中鞏固所學知識。 四、 結語 《代碼的奧秘：踏入編譯器的奇妙世界》的目標是揭示隱藏在高級編程語言背後的強大機製。通過對編譯過程的係統性講解，我們希望讀者能夠從更宏觀的視角理解軟件的構成，掌握分析和優化程序的新工具，並激發對計算機科學更深層次的探索興趣。掌握瞭編譯的原理，就如同掌握瞭造字的奧秘，能夠更自由地駕馭代碼，創造更強大、更高效的軟件。