现代编译原理C语言描述

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，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。

本书简介

　　本书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。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，适合于后续课程或研究生教学。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。

　　本书适用于高等院校计算机及相关专业的本科生或研究生，也可供科研人员或工程技术人员参考。

目录

第一部分　编译基本原理

第1章　绪论　11.1　模块与接口　11.2　工具和软件　3

1.3　树语言的数据结构　3

程序设计：直线式程序解释器　7推荐阅读　9习题　9

第2章　词法分析　102.1　词法单词　102.2　正则表达式　112.3　有限自动机　13

2.4　非确定有限自动机　15

2.4.1　将正则表达式转换为NFA　162.4.2　将NFA转换为DFA　18

2.5　Lex：词法分析器的生成器　20程序设计：词法分析　22推荐阅读　23习题　23

第3章　语法分析　273.1　上下文无关文法　283.1.1　推导　29

3.1.2　语法分析树　293.1.3　二义性文法　303.1.4　文件结束符　313.2　预测分析　32

3.2.1　FIRST集合和FOLLOW集合　333.2.2　构造一个预测分析器　353.2.3　消除左递归　363.2.4　提取左因子　373.2.5　错误恢复　373.3　LR分析　39

3.3.1　LR分析引擎　40

3.3.2　LR(0)分析器生成器　413.3.3　SLR分析器的生成　44

3.3.4　LR(1)项和LR(1)分析表　453.3.5　LALR(1)分析表　463.3.6　各类文法的层次　47

3.3.7　二义性文法的LR分析　473.4　使用分析器的生成器　48

3.4.1　冲突　49

3.4.2　优先级指导　503.4.3　语法和语义　533.5　错误恢复　

3.5.1　用error符号恢复　3.5.2　全局错误修复　55程序设计：语法分析　57推荐阅读　58习题　58

第4章　抽象语法　624.1　语义动作　624.1.1　递归下降　62

4.1.2　Yacc生成的分析器　624.1.3　语义动作的解释器　4.2　抽象语法分析树　6.2.1　位置　67

4.2.2　Tiger的抽象语法　68程序设计：抽象语法　71推荐阅读　71习题　72

第5章　语义分析　735.1　符号表　73

5.1.1　多个符号表　74

5.1.2　高效的命令式风格符号表　755.1.3　高效的函数式符号表　765.1.4　Tiger编译器的符号　775.1.5　函数式风格的符号表　795.2　Tiger编译器的绑定　795.3　表达式的类型检查　825.4　声明的类型检查　845.4.1　变量声明　845.4.2　类型声明　855.4.3　函数声明　855.4.4　递归声明　86

程序设计：类型检查　87习题　87

第6章　活动记录　6.1　栈帧　906.1.1　帧指针　916.1.2　寄存器　926.1.3　参数传递　926.1.4　返回地址　946.1.5　栈帧内的变量　946.1.6　静态链　95

6.2　Tiger编译器的栈帧　96

6.2.1　栈帧描述的表示　986.2.2　局部变量　986.2.3　计算逃逸变量　996.2.4　临时变量和标号　1006.2.5　两层抽象　1006.2.6　管理静态链　1026.2.7　追踪层次信息　102程序设计：栈帧　103推荐阅读　103习题　103

第7章　翻译成中间代码　1067.1　中间表示树　106

7.2　翻译为树中间语言　1087.2.1　表达式的种类　1087.2.2　简单变量　1117.2.3　追随静态链　1127.2.4　数组变量　1137.2.5　结构化的左值　1147.2.6　下标和域选择　1147.2.7　关于安全性的劝告　1157.2.8　算术操作　1167.2.9　条件表达式　1167.2.10　字符串　117

7.2.11　记录和数组的创建　1187.2.12　while循环　1197.2.13　for循环　1197.2.14　函数调用　1207.3　声明　120

7.3.1　变量定义　1207.3.2　函数定义　1207.3.3　片段　121

程序设计：翻译成树　122习题　123

第8章　基本块和轨迹　1258.1　规范树　126

8.1.1　ESEQ的转换　1268.1.2　一般重写规则　1268.1.3　将CALL移到顶层　1308.1.4　线性语句表　1318.2　处理条件分支　1318.2.1　基本块　1318.2.2　轨迹　1328.2.3　完善　133

8.2.4　最优轨迹　133推荐阅读　134习题　134

第9章　指令选择　1369.1　指令选择算法　138

9.1.1　Maximal Munch算法　13.1.2　动态规划　1409.1.3　树文法　1419.1.4　快速匹配　143

9.1.5　覆盖算法的效率　1439.2　CISC机器　144

9.3　Tiger编译器的指令选择　1469.3.1　抽象的汇编语言指令　1469.3.2　生成汇编指令　14.3.3　过程调用　151

9.3.4　无帧指针的情形　151程序设计：指令选择　152推荐阅读　153习题　1

第10章　活跃分析　15510.1　数据流方程的解　15610.1.1　活跃性计算　15610.1.2　集合的表示　15810.1.3　时间复杂度　15810.1.4　最小不动点　159

10.1.5　静态活跃性与动态活跃性　16010.1.6　冲突图　161

10.2　Tiger编译器的活跃分析　16210.2.1　图　162

10.2.2　控制流图　16310.2.3　活跃分析　1程序设计：构造流图　1程序设计：活跃分析模块　165习题　165

第11章　寄存器分配　16611.1　通过简化进行着色　16611.2　合并　168

11.3　预着色的结点　171

11.3.1　机器寄存器的临时副本　171

11.3.2　调用者保护的寄存器和被调用者保护的寄存器　17211.3.3　含预着色结点的例子　17211.4　图着色的实现　175

11.4.1　传送指令工作表的管理　17611.4.2　数据结构　17611.4.3　程序代码　177

11.5　针对树的寄存器分配　181程序设计：图着色　184推荐阅读　185

习题　185

第12章　整合为一体　188

程序设计：过程入口/出口　1

程序设计：创建一个可运行的编译器　191

第二部分高级主题

第13章　垃圾收集　193

13.1　标记-清扫式收集　19413.2　引用计数　19713.3　复制式收集　19813.4　分代收集　20113.5　增量式收集　20313.6　Baker算法　20513.7　编译器接口　20513.7.1　快速分配　205

13.7.2　数据布局的描述　20613.7.3　导出指针　207程序设计：描述字　208程序设计：垃圾收集　208推荐阅读　208习题　210

第14章　面向对象的语言　21114.1　类　211

14.2　数据域的单继承性　21314.3　多继承　214

14.4　测试类成员关系　21614.5　私有域和私有方法　21814.6　无类语言　219

14.7　面向对象程序的优化　219程序设计：OBJECT-Tiger　220推荐阅读　220习题　221

第15章　函数式程序设计语言　22215.1　一个简单的函数式语言　22215.2　闭包　224

15.3　不变的变量　225

15.3.1　基于延续的I/O　22615.3.2　语言上的变化　227

15.3.3　纯函数式语言的优化　22815.4　内联扩展　22915.5　闭包变换　23315.6　高效的尾递归　23515.7　懒惰计算　236

15.7.1　传名调用计算　237

15.7.2　按需调用　238

15.7.3　懒惰程序的计算　239

15.7.4　懒惰函数式程序的优化　23915.7.5　严格性分析　241推荐阅读　243

程序设计：编译函数式语言　244习题　244

第16章　多态类型　24616.1　参数多态性　246

16.1.1　显式带类型的多态语言　24716.1.2　多态类型的检查　24816.2　类型推论　253

16.2.1　一个隐式类型的多态语言　216.2.2　类型推论算法　25516.2.3　递归的数据类型　257

16.2.4　Hindley-Milner类型的能力　25916.3　多态变量的表示　25916.3.1　多态函数的扩展　26016.3.2　完全的装箱转换　26116.3.3　基于强制的表示分析　262

16.3.4　将类型作为运行时参数传递　216.4　静态重载的解决方法　265推荐阅读　266习题　266

第17章　数据流分析　269

17.1　流分析使用的中间表示　27017.2　各种数据流分析　27117.2.1　到达定值　27117.2.2　可用表达式　27317.2.3　到达表达式　27417.2.4　活跃分析　274

17.3　使用数据流分析结果的几种转换　27417.3.1　公共子表达式删除　27417.3.2　常数传播　27517.3.3　复写传播　27517.3.4　死代码删除　27517.4　加快数据流分析　27617.4.1　位向量　27617.4.2　基本块　27617.4.3　结点排序　277

17.4.4　使用-定值链和定值-使用链　27717.4.5　工作表算法　278

17.4.6　增量式数据流分析　27817.5　别名分析　281

17.5.1　基于类型的别名分析　28217.5.2　基于流的别名分析　283

17.5.3　使用可能别名信息　284

17.5.4　严格的纯函数式语言中的别名分析　285推荐阅读　285习题　285

第18章　循环优化　28718.1　必经结点　2

18.1.1　寻找必经结点的算法　218.1.2　直接必经结点　218.1.3　循环　290

18.1.4　循环前置结点　29118.2　循环不变量计算　29218.3　归纳变量　293

18.3.1　发现归纳变量　29418.3.2　强度削弱　29518.3.3　删除　296

18.3.4　重写比较　29618.4　数组边界检查　29718.5　循环展开　300推荐阅读　301习题　301

第19章　静态单赋值形式　30319.1　转化为SSA形式　305

19.1.1　插入φ函数的标准　30619.1.2　必经结点边界　30619.1.3　插入φ函数　30819.1.4　变量重命名　30919.1.5　边分割　310

19.2　必经结点树的高效计算　31019.2.1　深度优先生成树　31019.2.2　半必经结点　311

19.2.3　Lengauer-Tarjan算法　31219.3　使用SSA的优化算法　31519.3.1　死代码删除　31519.3.2　简单的常数传播　31619.3.3　条件常数传播　31719.3.4　保持必经结点性质　31919.4　数组、指针和存储器　32019.5　控制依赖图　321

19.6　从SSA形式转变回来　32319.7　函数式中间形式　324推荐阅读　327习题　328

第20章　流水和调度　331

20.1　没有资源约束时的循环调度　33220.2　有资源约束的循环流水　336

20.2.1　模调度　337

20.2.2　寻找最小的启动间距　33820.2.3　其他控制流　340

20.2.4　编译器应该调度指令吗　34020.3　分支预测　341

20.3.1　静态分支预测　342

20.3.2　编译器应该预测分支吗　342推荐阅读　343习题　343

第21章　存储层次　34621.1　cache的组织结构　34621.2　cache块对齐　34921.3　预取　350

21.4　循环交换　321.5　分块　355

21.6　垃圾收集和存储层次　357推荐阅读　358习题　358

附录　Tiger语言参考手册　360参考文献　368索引　376

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