Introduction¶

• A compiler is a program to translate one language to another.

  

• A compiler is a complex program.

• Why

  • Compilers are used in almost all forms of computing.
  • The principles and techniques are applicable to so many other domains.
  • Compiler construction touches upon other fields.

Typical Workflow of a Compiler¶

通用意义下的编译过程：（并不绝对，有些编译器会有所调整）

中端是为了剥离开前后端，与前端的语言、后端的硬件都是解耦的，让前端和后端可以独立发展。

贯穿整个过程：符号表、错误处理。

• Why breaking the compiler into multiple phases

  • Easier to understand and implement

  • Allow for reusing the components

    模块可以复用。

• Workflow

  • Lexing/Scanning/Lexical Analysis 词法分析：将程序字符流分解为记号 (Token) 序列。
    • 删除字符串中不必要的部分（如空格）。
    • 通常使用正则表达式匹配（DFA 定义）。
  • Parsing/Syntactic Analysis 语法分析：将记号序列解析为语法结构。
    • 去除不必要的记号（例如括号）。
    • 一般使用抽象语法树（AST）定义。
  • Semantic Analysis 语义分析：决定语法结构的含义。
    • e.g. 变量的类型？运算符的含义？读写变量是否合法？...
  • 中间代码生成
    • 中间代码 / 表示 (IR): 源语言与目标语言之间的桥梁。
  • 机器无关代码优化：基于中间表示进行分析与变换。
    • e.g. 降低执行时间，减少资源消耗等。
  • 目标代码生成：把中间表示形式翻译到目标语言。
    • e.g. 指令选择、寄存器分配、指令调度等。

Think As If You Were a Compiler

x := a * 2 + b * (x * 3)

* 词法分析：把“字符串”分割成“单词”。

id<x> assign id<a> times int<2> plus id<b> times lparen id<x> times int<3> rparen

* 语法分析：“单词”组合成“句子”。

• 语义分析：解析“句子”的含义。

  

• 中间代码生成

  

• 机器无关代码优化

  

• 目标代码生成

  

Modules and Interfaces in Tiger¶

• AST ( 抽象语法树 ): 语法分析 + Parsing Actions 生成。
• IR Tree: 语义分析后按一定规则生成（树型中间表示）。
• Canonicalized IR Tree: 规范化 IR Tree（方便生成汇编）。
• Assem: 指令选择器生成（一种特殊的抽象汇编）。
• CFG (Control Flow Graph) 控制流图 : 方便进行数据流分析。
  • 如活跃变量分析 (Liveness Analysis)。
• Interference Graph ( 冲突图 ): 由活跃变量分析结果构造，用于指导寄存器分配。

Example

a := 5+3; b := (print(a, a-1), 10*a); print(b) 

IR Tree 里的多个语句由 CompoundStm 组合起来。

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