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出版者:Springer

作者:Yunlin Su

出品人:

页数:500

译者:

出版时间:2011-11-1

价格:USD 169.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783642208348

丛书系列:

图书标签:

• compiler
• 编译器原理
• 编译技术
• 程序语言
• 计算机科学
• 形式语言
• 语法分析
• 语义分析
• 代码生成
• 优化
• 龙书

深入探索软件构造的基石：编译器设计与实现 本书籍聚焦于现代软件构建的核心技术——编译器，旨在为读者提供一个全面、深入且实践导向的视角来理解和掌握编译器的设计原理、实现技术及前沿发展。本书旨在超越教科书式的理论堆砌，通过详实的案例分析、精心设计的实践项目和对业界主流实践的探讨，帮助读者建立起从源代码到机器指令的完整认知图谱。 第一部分：编译器的基础与词法分析的艺术 本部分奠定编译器工程的基石。我们将从软件工程的角度审视编译器的角色、结构及其在整个软件生态系统中的地位。首先，我们会详细剖析编译器的经典三阶段模型（前端、中端、后端），并讨论现代编译器架构（如LLVM、GCC）的演进和设计哲学。 词法分析（Lexical Analysis）： 词法分析是编译过程的起点，它负责将字符流转化为有意义的符号（Tokens）。本书将深入探讨有限自动机（Finite Automata）的理论基础，包括确定性有限自动机（DFA）和非确定性有限自动机（NFA）。我们将详细讲解如何使用正则表达式来精确描述编程语言的词法结构，并着重介绍如何利用工具（如Flex/Lex）高效地生成词法分析器。理论部分会涵盖如何进行最小化DFA的算法，以及在处理复杂的、具有上下文依赖的词法规则（如C++中的`>>`运算符歧义）时应采取的策略。实践中，我们将构建一个高效的、能够处理Unicode和多字节字符的词法扫描器。 第二部分：句法分析的结构化力量 语法分析是编译器将词法单元流组织成程序结构模型的过程。本部分聚焦于如何形式化地描述程序语言的结构，并设计相应的解析器。 上下文无关文法（Context-Free Grammars, CFG）： 我们将系统地介绍CFG在描述编程语言句法结构中的核心地位。重点讲解巴科斯范式（BNF）及其扩展形式。 自顶向下分析（Top-Down Parsing）： 详细介绍递归下降分析器的设计原理，包括如何通过回溯（Backtracking）和LL(1)文法来构建无回溯的预测性解析器。我们将深入探讨LL(1)分析表的构造，包括FIRST集和FOLLOW集的精确计算方法，以及如何处理文法中的左递归和公共左前缀问题。 自底向上分析（Bottom-Up Parsing）： 本章将全面覆盖LR分析技术，这是工业界最常用的解析技术之一。我们将细致地阐述移进-归约（Shift-Reduce）冲突的识别与解决，并分别讲解SLR(1)、LALR(1)和LR(1)分析器的构造过程。书中将提供大量实例，演示如何生成和调试这些复杂的解析表，并讨论当文法不满足LR性质时，如何通过算符优先文法或表驱动解析器的定制来应对挑战。 第三部分：语义分析与中间表示的构建 代码的意义远比其结构复杂。本部分深入探讨如何验证和丰富语法树，并将其转化为适合后续优化的中间代码。 抽象语法树（Abstract Syntax Tree, AST）： 本书强调AST作为程序结构核心表示的地位。我们将讨论如何设计面向对象或基于结构体的AST节点，以及如何进行树的遍历以实现各种语义检查。 类型系统与语义检查： 我们将详细阐述静态类型系统的设计，包括类型兼容性规则、类型推断（如Hindley-Milner算法的简化应用）和类型提升规则。语义分析阶段的关键任务——符号表管理——将被详尽阐述，包括作用域（Lexical Scoping）的实现、命名冲突的解决以及如何处理函数重载和模块化结构中的符号解析。 中间表示（Intermediate Representation, IR）： IR是连接前端和后端的桥梁。本书将对比分析三地址码（Three-Address Code, TAC）、静态单赋值（SSA）形式以及控制流图（Control Flow Graph, CFG）的优缺点。我们将指导读者如何将AST有效地翻译成优化的TAC，并展示如何利用CFG来表示程序执行路径，为后续的控制流分析和数据流分析做准备。 第四部分：代码生成与优化的高级策略 此部分是编译器的“智能”所在，关注如何将中间代码高效地映射到目标机器代码，并应用复杂的优化技术提升性能。 代码生成（Code Generation）： 我们将从目标机器架构的角度出发，详细分析指令选择（Instruction Selection）的过程。重点讨论如何利用树遍历匹配（Tree Pattern Matching）算法，将IR片段映射到最佳的汇编指令序列。寄存器分配是代码生成中的核心难题，本书将详尽介绍基于图着色（Graph Coloring）的寄存器分配算法，包括如何构建干扰图（Interference Graph）以及如何处理溢出（Spilling）情况。 程序优化（Program Optimization）： 优化分为机器无关优化和机器相关优化。 机器无关优化： 深入探讨数据流分析（如到达定义、活跃变量分析）的原理与实现，并演示如何应用常量折叠、常量传播、死代码消除（Dead Code Elimination）和循环不变式外提（Loop-Invariant Code Motion）等经典优化。 机器相关优化： 讨论指令调度（Instruction Scheduling）以最大化流水线效率，以及针对特定硬件特性（如缓存局部性）的优化技术。 第五部分：现代编译器架构与前沿探索 本部分将目光投向当代工业界的实践和未来的发展方向。 模块化与即时编译（JIT）： 我们将探讨如何构建可扩展、多语言支持的编译器框架，以LLVM为例，分析其模块化设计如何促进代码的复用和多后端支持。同时，对即时编译（Just-In-Time Compilation）的架构进行剖析，包括运行时代码剖析、热点代码识别以及如何实现高效的动态优化策略，如方法内联与去虚拟化。 并发与并行编译： 面对多核时代，本书将探讨如何安全地并行化编译过程，例如并行化词法分析、依赖分析驱动的AST处理，以及如何设计线程安全的符号表和编译器内部数据结构。 通过本书的学习，读者将不仅掌握编译器的核心理论，更能熟练运用这些知识来设计、构建和调试一个功能完备、性能优异的编译器，从而深刻理解程序语言规范、底层硬件约束与软件工程实践之间的复杂交互。

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这本书的严谨性让我印象深刻。《编译原理》（Principles of Compilers）在每一个算法的描述上都一丝不苟，并且给出了清晰的数学定义和证明。虽然有时候会需要反复阅读才能完全理解，但这种严谨的态度让我感到安心。我在阅读关于错误处理的部分时，更是觉得受益匪浅。作者详细讲解了各种编译错误，如词法错误、语法错误和语义错误，以及编译器是如何检测和报告这些错误的。这让我明白，一个好的编译器不仅仅能生成代码，还能帮助开发者及时发现并修正错误。

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我不得不说，《编译原理》（Principles of Compilers）这本书在内容深度上简直令人惊叹。它并没有停留在对编译过程的浅显描述，而是深入到每一个环节的底层机制。例如，在语法分析的部分，作者详细介绍了各种分析技术，包括LL（1）分析、LR（0）、SLR、LALR以及LR（1）分析，并对它们的优缺点进行了详尽的比较。我花了很长时间才完全理解这些不同类型的解析器是如何工作的，以及它们在实际应用中扮演的角色。书中提供的数学模型和算法描述，虽然初看有些复杂，但一旦掌握，就会发现其背后蕴含的强大力量。它教会了我如何从抽象的语法规则推导出具体的解析过程，以及如何处理各种语言结构的歧义性。

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这本书的深度和广度都非常令人称道。《编译原理》（Principles of Compilers）不仅涵盖了编译器的核心技术，还涉及到了语言设计、程序分析等相关领域。作者在分析运行时环境时，就详细讨论了栈帧、堆和全局变量的内存布局，以及函数调用机制。这让我意识到，编译器的设计与程序的运行时行为是密不可分的，理解后者对于优化前者至关重要。总而言之，这本书为我打开了一扇通往计算机科学深处的大门。

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《编译原理》（Principles of Compilers）这本书的语言风格非常专业，但同时又保持着一种严谨而又富有启发性的魅力。作者在阐述复杂的概念时，总是力求做到准确无误，同时又会巧妙地穿插一些引人入胜的案例研究，让我仿佛置身于编译器设计的现场。例如，在讲解中间代码生成时，作者就通过一个具体的算术表达式例子，一步步展示了如何将其转换为三地址码，并详细解释了每一步的转换逻辑。这种循序渐进的讲解方式，让我能够更好地理解中间表示的含义和作用，以及它在整个编译过程中的关键地位。

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这本书的内容组织得非常好，每一章都承接上一章，循序渐进。从最基础的词法分析，到复杂的代码优化和目标代码生成，整个流程清晰可见。《编译原理》（Principles of Compilers）在讲解类型检查时，非常深入地讨论了静态类型系统和动态类型系统的区别，以及如何通过类型推断和类型检查来保证程序的安全性。我之前对类型系统的理解比较片面，通过这本书的学习，我才意识到类型系统在现代编程语言中的重要性，以及它在防止程序错误方面的巨大作用。

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读《编译原理》（Principles of Compilers）的过程中，我常常会停下来思考，书中介绍的那些理论和技术，是如何体现在我日常使用的编程语言和工具中的。例如，在讲解目标代码生成时，作者深入探讨了不同指令集架构的特点，以及如何将中间表示映射到具体的机器指令。这让我对汇编语言和底层计算机原理有了更深的认识，也明白了为什么不同架构的程序需要经过不同的编译过程。

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《编译原理》（Principles of Compilers）这本书，我早就听说过它的名声了，但一直因为各种原因没能仔细拜读。最近总算下定决心，把它从书架上请了出来，打算深入钻研一番。翻开第一页，我就被它严谨的逻辑和清晰的结构所吸引。作者在开篇就为我们勾勒出了编译器的宏大图景，从词法分析到代码生成，每一步都像是精密机械的齿轮，紧密咬合，环环相扣。我尤其欣赏作者在解释每一个概念时所采用的比喻和类比，这让原本晦涩难懂的理论变得生动易懂。比如，在讲解词法分析时，作者将输入的源代码比作一条信息流，而词法分析器则像是一个高效的解码器，从中提取出有意义的“标记”（tokens）。这种形象化的描述，极大地降低了我的学习门槛。

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《编译原理》（Principles of Compilers）这本书给我最大的感受就是，它不仅仅是一本技术书籍，更像是一本关于“思想”的书。它教会了我如何去思考问题，如何去设计一个复杂的系统。作者在讲解寄存器分配时，采用了非常巧妙的比喻，将寄存器比作有限的“宝藏”，而编译器则需要像一个精明的“寻宝者”一样，合理地分配这些宝藏。这让我对内存管理和性能优化有了全新的认识，也明白了为什么在某些情况下，程序性能的提升如此关键。

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我曾以为，《编译原理》（Principles of Compilers）这本书会是一个枯燥乏味的理论讲解，但事实证明我错了。作者在书中巧妙地融入了大量的计算机科学基础知识，将它们与编译器的设计紧密联系起来。例如，在讲解数据流分析时，作者就不可避免地涉及到了图论和集合论的概念。这让我感觉，学习编译原理不仅仅是在学习一个特定的技术，更是在加深对计算机科学核心概念的理解。书中对于程序分析技术的讲解，比如到达定义分析、活跃变量分析等，更是让我大开眼界，明白了编译器是如何“理解”程序的执行流程的。

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这本书最让我印象深刻的一点是，它不仅仅是理论的堆砌，更注重实践的应用。作者在讲解完某个理论概念后，往往会紧接着给出相应的代码示例或者伪代码，帮助读者将理论知识转化为实际操作。我尤其喜欢书中关于代码优化的章节，这里面介绍的各种优化技术，如常量折叠、死代码消除、循环不变代码外提等，都非常有启发性。读到这里，我才真正体会到编译器是如何将我们编写的“简单”代码，转化为高效可执行的机器指令的。它让我意识到，编译器的设计是一个充满智慧和挑战的领域，需要对计算机体系结构、数据结构和算法有深刻的理解。

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