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出版者:Addison-Wesley

作者:Alfred V. Aho

出品人:

页数:614

译者:

出版时间:1977-8

价格:USD 42.45

装帧:Hardcover

isbn号码:9780201000221

丛书系列:

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《编译器设计原理》：深入探索现代软件构建的基石 内容简介： 本书旨在为读者提供一个全面、深入且严谨的编译器设计理论与实践指南。它不仅涵盖了传统编译器的核心概念，如词法分析、语法分析、语义分析和代码生成，更着重于现代编译器架构、优化技术以及前沿研究方向的探讨。本书的编写目标是培养读者构建高效、健壮和可维护编译器的能力，使其能够理解并驾驭从高级语言到机器码的复杂转换过程。 第一部分：编译器的基础与结构 本书伊始，将系统地介绍编译器的基本概念、历史演变及其在软件生态系统中的核心地位。我们将详细阐述编译器的工作流程，从源代码的输入到目标代码的输出，清晰勾勒出编译过程的各个阶段。 词法分析（Lexical Analysis）： 深入探讨正则表达式理论、有限自动机（Finite Automata）在词法分析中的应用。重点介绍如何使用工具（如Lex/Flex）自动生成高效的词法扫描器，并讨论处理复杂符号、注释和错误报告的策略。 语法分析（Syntactic Analysis/Parsing）： 语法分析是编译器的核心。本书将详尽介绍上下文无关文法（Context-Free Grammars, CFG）的形式化描述。随后，我们将区分自上而下（Top-Down）和自下而上（Bottom-Up）的分析方法。对于自上而下，重点分析 LL(k) 分析器的构造及其局限性。对于自下而上，我们将全面剖析 LR 分析族，包括 SLR, LALR, 以及功能最强大的 Canonical LR(1) 分析器。我们将提供详尽的算法步骤和实例，确保读者能够手动构造并理解这些复杂的解析表。此外，还将探讨递归下降解析器在工程实践中的优缺点。 抽象语法树（Abstract Syntax Tree, AST）： 在词法和语法分析之后，AST 作为程序结构的高级抽象表示，是后续处理阶段的基础。本书将详细阐述如何从解析器输出的带结构信息（如句柄或带属性的树）转换出简洁、语义明确的 AST。我们将讨论 AST 的遍历策略和属性文法在构建 AST 过程中的作用。 第二部分：语义分析与中间表示 语义分析（Semantic Analysis）： 语义分析负责检查程序的逻辑正确性和类型一致性。我们将深入探讨类型系统（Type Systems），包括静态类型检查、类型推导和类型提升规则。符号表（Symbol Table）的管理是本章的重中之重，我们将分析不同作用域规则（如词法作用域）下符号表的实现技术，例如使用哈希表或树结构，以及如何高效地处理标识符的查找和绑定。 中间表示（Intermediate Representations, IR）： IR 是连接前端和后端的桥梁。本书将介绍多种重要的 IR 形式，包括三地址码（Three-Address Code, TAC）、静态单赋值（Static Single Assignment, SSA）形式以及控制流图（Control Flow Graphs, CFG）。我们将详细分析 SSA 形式的构建过程，理解它如何简化后续的优化分析，并探讨如何将 AST 映射到这些 IR 结构上。 第三部分：代码生成与优化 代码生成（Code Generation）： 这一部分聚焦于将 IR 转化为目标机器代码。我们将分析目标机器的架构特性，特别是指令集、寄存器集合和寻址模式。重点讨论指令选择（Instruction Selection）——如何将 IR 操作映射为最优的机器指令序列。 寄存器分配（Register Allocation）： 寄存器是有限的宝贵资源。本书将深入探讨寄存器分配的理论基础，特别是基于图着色的方法（Graph Coloring）。我们将详细阐述干扰图（Interference Graph）的构建、简化过程以及颜色分配的算法，并讨论溢出（Spilling）的处理策略。 编译优化（Optimization）： 优化是决定编译器性能的关键。本书将结构化地介绍不同层次的优化技术： 1. 机器无关优化（Machine-Independent Optimizations）： 重点分析数据流分析（Data Flow Analysis）的基础，包括前向和后向分析、到达定义、活跃变量分析等。基于这些分析，我们将讲解常量折叠、常量传播、公共子表达式消除（CSE）以及循环不变量外提等重要技术。 2. 机器相关优化（Machine-Dependent Optimizations）： 讨论如何利用目标机器的特性进行优化，例如指令调度（Instruction Scheduling）以最大化流水线效率，以及利用特定指令集（如SIMD）进行向量化处理。 第四部分：现代编译器架构与高级主题 多遍编译与框架： 现代编译器通常采用多遍扫描的方式进行优化。我们将分析如何组织这些优化遍，并讨论如何利用链接时优化（Link-Time Optimization, LTO）来跨越模块边界进行全局优化。 Just-In-Time (JIT) 编译： 针对虚拟机和动态语言环境，本书将探讨 JIT 编译器的设计哲学，包括方法内联、热点代码识别（Profiling）以及动态优化技术。 并行与并发编译： 随着多核处理器的普及，如何利用并行技术加速编译过程本身，以及如何编译出并行化代码，是现代编译器的重要课题。我们将介绍数据并行结构和控制依赖分析。 错误处理与调试支持： 一个健壮的编译器必须提供清晰的错误报告和有效的调试信息生成能力。我们将讨论如何将编译器的内部状态（如AST、符号表信息）映射回源代码，以便调试器能够准确地设置断点和检查变量。 本书的理论推导严谨，同时兼顾工程实践的细节，配有大量的算法伪代码和实际案例分析，是计算机科学专业学生、编译器工程师和系统软件开发人员深入理解并掌握编译器技术的必备参考书。通过研读本书，读者将不仅掌握如何“构建”一个编译器，更能理解如何“改进”一个编译器，以应对未来软件性能和复杂性的挑战。

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指令选择和代码生成是编译器的最后一道关卡，这本书在这方面同样提供了丰富的知识。我对书中关于目标机器的指令集架构的介绍非常感兴趣，理解了不同指令的特性以及如何将中间代码有效地映射到这些指令。书中对于各种寻址模式的讲解，例如立即数寻址、寄存器寻址、直接寻址、间接寻址以及变址寻址，都非常透彻。我尤其欣赏书中关于如何进行寄存器分配的讨论，这直接影响到程序的执行速度。书中提到的图着色算法，让我看到了解决这个复杂问题的理论基础。

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总而言之，这本书是一部非常扎实的编译器设计领域的经典之作。它以一种深刻而全面的方式，为我揭示了编译器工作原理的奥秘。虽然阅读过程需要付出一定的努力，但所获得的知识和启发是难以估量的。我强烈推荐这本书给任何对编译器设计感兴趣的读者，它绝对是你深入理解编程语言本质的宝贵财富。

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“Principles of Compiler Design”给我最大的感受是其逻辑的严谨性和内容的系统性。它并非将各个知识点孤立地呈现，而是将它们有机地组织起来，形成一个完整的知识体系。从词法分析到最终的代码生成，每一个环节都紧密相连，相互依存。这种结构化的知识呈现方式，使得我在学习过程中不会感到迷茫，能够清晰地把握编译器的整体脉络。

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中间代码生成是编译器的核心，本书对这一部分的讲解堪称经典。我惊叹于作者能够如此清晰地阐述各种中间代码表示形式，例如三地址码、四元式和抽象语法树。书中对于如何从抽象语法树生成三地址码的步骤进行了详细的分解，包括表达式求值、控制流语句以及函数调用的转换。我尤其欣赏书中关于控制流图（CFG）的介绍，它为后续的代码优化奠定了基础。书中对于顺序结构、分支结构（if-else, switch-case）和循环结构（while, for, do-while）的中间代码生成策略的讲解，都非常系统和详尽。让我对代码逻辑是如何被转化为一系列简单指令有了更深刻的认识。

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语义分析是编译过程中一个至关重要的环节，而“Principles of Compiler Design”在这方面给予了我极大的启发。本书深入浅出地讲解了类型检查、作用域规则以及变量的绑定。我特别着迷于书中关于属性文法的概念，它提供了一种优雅的方式来描述和实现语义规则。书中详细阐述了自顶向下和自底向上的属性计算方法，以及如何利用符号表来存储和管理变量的信息，包括其类型、作用域和内存地址。我对书中关于函数调用和返回的语义分析处理感到非常满意，它详细解释了如何构建调用栈，如何处理参数传递以及如何进行返回值的处理。这部分内容对于理解程序执行的底层机制至关重要，让我明白了代码是如何在运行时被“理解”和“执行”的。

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在语法分析的章节，我仿佛进入了一个全新的世界。这本书并没有止步于介绍 BNF 范式，而是细致地阐述了 LL(1) 和 LR(1) 等解析技术。我对书中关于消除左递归、提取公共前缀的讲解印象深刻，这些都是在实际编写解析器时常常会遇到的棘手问题，书中给出的清晰的步骤和理论依据，让我豁然开朗。特别是 LR 解析的部分，作者并没有回避其复杂的理论细节，而是循序渐进地讲解了 LR(0)、SLR(1)、LALR(1) 和 canonical LR(1) 的区别和联系。我花了相当长的时间去理解移进-归约冲突和归约-归约冲突是如何产生的，以及如何通过增广文法、First 集和 Follow 集来解决。书中提供的表格形式的解析过程，更是让我能够直观地看到解析器是如何一步步构建出抽象语法树（AST）的。这种对解析过程的透彻分析，让我对编程语言的结构有了更深层次的理解。

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关于代码优化，这本书让我看到了编译器的“智慧”所在。书中对于各种优化技术的介绍，让我认识到编译器不仅仅是将代码转化为机器指令，更是在努力地生成高效的机器码。我花费了大量时间去理解常量折叠、代数化简、公共子表达式消除等静态优化技术。书中对于循环优化，例如循环不变代码外提、循环展开等，也给予了深入的阐述。让我明白了代码的“可读性”和“执行效率”之间是如何通过编译器进行平衡的。对循环的深度理解，让我对程序性能的瓶颈有了更清晰的认识。

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对于错误处理和报告，这本书展现了其严谨的一面。它并没有回避编译过程中可能出现的各种错误，而是系统地介绍了如何检测和报告不同类型的错误，例如词法错误、语法错误和语义错误。书中关于错误恢复策略的讨论，让我认识到编译器并非是“一棒子打死”，而是能够尝试在出现错误后继续解析，以便报告更多的错误信息。对错误类型的细致分类和处理方法的介绍，让我对编译器的健壮性有了更深的理解。

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作为一名苦苦追寻编译器底层奥秘的学生，我对于“Principles of Compiler Design”这本书的期待程度，简直如同等待黎明前的第一缕阳光。翻开书页的瞬间，我便被那种严谨的学术氛围所吸引。它并没有像许多入门书籍那样，用过于简化的例子来搪塞读者，而是直击要害，以一种深刻的方式剖析了编译器的核心原理。例如，在词法分析那一章，作者没有停留在简单的正则表达式匹配，而是深入探讨了有限自动机的构建，以及如何处理各种复杂的词法规则，例如注释、字符串字面量中的转义字符等等。我尤其欣赏的是，书中对于各种扫描器生成器的介绍，不仅仅是罗列了 Flex 等工具的使用，更重要的是解释了它们背后的工作机制，例如如何将正则表达式转化为DFA，以及如何优化DFA以提高扫描效率。这种对底层原理的深度挖掘，让我对文本如何被分解成有意义的“词素”有了全新的认识。

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本书在介绍各种编译技术时，并没有脱离实际的应用场景。它通过大量的例子，将抽象的理论知识具象化，让我更容易理解。例如，在介绍函数调用时，书中结合了栈帧的创建和销毁，以及参数的传递和返回值的处理，使整个过程更加生动。这种将理论与实践紧密结合的方式，大大提升了学习效率，让我不仅知其然，更知其所以然。

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