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出版者:Prentice Hall International Paperback Editions

作者:Allen I. Holub

出品人:

页数:534

译者:

出版时间:1994-2-1

价格:USD 65.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780133049572

丛书系列:

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书籍简介：深入解析现代编程语言的构建基石 《编译器设计：从理论到实践》 本书旨在为读者提供一套全面、深入且实用的编译器设计知识体系。我们不局限于任何特定编程语言或实现工具，而是聚焦于编译器设计领域的核心原理、算法和结构，使读者能够理解并构建出高效、健壮的现代编译器。 目标读者： 本书适合拥有扎实计算机科学基础，特别是对程序语言理论、算法分析有一定了解的读者。它尤其适合希望深入理解软件底层机制的系统程序员、高级课程学生，以及那些致力于开发新编程语言或优化现有编译器基础设施的工程师。 核心内容与结构： 全书分为五个主要部分，循序渐进地引导读者穿越编译器的各个关键阶段。 --- 第一部分：编译器的基础与词法分析（The Front End Fundamentals） 本部分奠定了编译器设计所需的理论基石，并详细阐述了程序语言前端的第一个关键步骤——词法分析。 1. 编译器的结构与历史回顾 我们将首先勾勒出典型编译器的宏观架构，包括前端（分析阶段）、中端（优化阶段）和后端（代码生成阶段）。同时，我们会简要回顾编译器设计的历史演进，从早期的LISP和FORTRAN编译器到当前多阶段、多目标支持的现代工具链。我们探讨编译器的主要设计哲学，如单遍扫描与多遍分析的权衡。 2. 形式语言理论基础 编译器的核心是处理形式语言。本章回顾必要的数学工具：有限自动机（Finite Automata, FA）的数学定义、NFA（非确定性有限自动机）到DFA（确定性有限自动机）的转换，以及最小化DFA的算法。重点强调这些理论如何直接映射到实际的词法扫描过程。 3. 词法分析器的构建 词法分析（Lexical Analysis）是将源代码字符流分解为有意义的标记（Tokens）的过程。本章深入探讨： 正则表达式与文法： 如何使用正则表达式精确描述编程语言的命名规则、关键字和字面量。 DFA的实际实现： 详细介绍如何使用表驱动（Table-driven）或直接编码（Hardcoded）的方式高效实现DFA。 工具生成器： 讨论如Lex/Flex等工具背后的原理，并分析其性能优势和局限性。 错误处理： 如何在词法级别处理未定义的字符序列和格式错误。 --- 第二部分：语法分析——结构化的解析（Syntactic Analysis） 语法分析器负责验证程序结构是否符合语言的上下文无关文法（Context-Free Grammar, CFG）的规定，并构建出抽象语法树（Abstract Syntax Tree, AST）。 4. 上下文无关文法（CFG）与解析树 本章深入探讨CFG的表达能力及其局限性。我们将定义产生式、终结符、非终结符，并解释如何使用BNF（巴科斯范式）和EBNF来精确描述语言的语法。解析树（Parse Tree）的构建过程将被清晰展示。 5. LL(k) 解析技术 我们详细分析自顶向下解析策略，重点关注LL(1)解析器的构造。内容包括： FIRST/FOLLOW 集的计算： 算法详解及其在消除左递归和回溯中的作用。 LL(1) 表的构建与预测： 如何利用预测表驱动解析过程。 递归下降解析器（Recursive Descent Parsing）： 分析其易于手工编写的优点以及在处理复杂文法时的挑战。 6. LR(k) 解析技术——工业级标准 本部分是语法分析的核心难点，我们将详尽阐述LR解析技术，这是现代编译器最常用的技术： SLR(1), LALR(1), 和 Canonical LR(1)： 比较这三种技术在识别能力和表大小上的差异。 LR(0) 自动机与项集（Items）： 构建规范项集族的算法。 动作与归约决策： 分析LR(1)和LALR(1)解析表（包括S/R/GOTO动作）的生成流程。 工具生成器原理： 剖析Yacc/Bison等工具如何从文法规则自动生成高效的LR解析器。 --- 第三部分：语义分析与中间代码生成（The Bridge） 在确保程序结构正确之后，编译器必须理解代码的“含义”并将其转化为机器无关的中间表示。 7. 属性文法与语义检查 语义分析负责检查类型一致性、变量声明范围等逻辑错误。 属性文法（Attribute Grammars）： 介绍如何将语义规则附加到CFG的产生式上，以指导信息流。 符号表管理： 详述符号表的数据结构（哈希表、树结构）及其在管理标识符作用域（静态/动态作用域）中的关键作用。 类型系统： 深入探讨强类型、弱类型、静态类型和动态类型的定义，并提供类型检查算法，包括重载（Overloading）和类型提升（Coercion）的处理。 8. 中间表示（Intermediate Representations, IR） IR是编译器优化的关键载体。本章全面对比了不同IR的优缺点： 三地址码（Three-Address Code, TAC）： 详细讲解如何将复杂的表达式和控制流语句翻译成一系列简单的三地址指令（如 `a = b op c`）。 静态单赋值形式（Static Single Assignment, SSA）： 介绍SSA如何简化数据流分析，及其在现代优化器（如LLVM）中的核心地位。 控制流图（Control Flow Graph, CFG）： 阐述如何利用CFG来表示程序执行路径，为后续的循环和基本块分析做准备。 --- 第四部分：代码优化技术（Optimization Techniques） 本部分专注于如何转换中间代码，使其在目标机器上运行得更快或占用更少的资源。 9. 基本块分析与数据流分析 优化通常在基本块（Basic Blocks）内部或跨基本块进行。 数据流方程： 引入到达定义（Reaching Definitions）、活跃变量分析（Live Variable Analysis）等基础数据流分析框架。 迭代求解算法： 讨论如何使用迭代算法（如不动点计算）来求解数据流方程。 10. 机器无关优化 本章探讨不依赖于特定目标架构的通用优化策略： 常量折叠与传播（Constant Folding and Propagation）。 公共子表达式消除（Common Subexpression Elimination, CSE）。 循环优化： 深入分析循环不变代码外提（Loop-Invariant Code Motion）和归约变量（Strength Reduction）。 死代码消除（Dead Code Elimination）。 11. 机器依赖的优化与寄存器分配 我们过渡到更接近底层硬件的优化： 指令选择： 如何将IR指令映射到目标机器的高效指令集。 指令调度： 探讨如何重新排序指令以最大化流水线利用率（Pipeline Utilization）。 寄存器分配： 详细讲解基于图着色（Graph Coloring）的寄存器分配算法，这是现代编译器性能的关键瓶颈之一。 --- 第五部分：代码生成与实践展望（Code Generation and Future Directions） 最后一部分关注如何将优化后的IR转化为可执行的机器码，并展望编译器的前沿发展。 12. 代码生成：从IR到汇编 本章聚焦于目标代码的生成过程： 代码生成策略： 比较直接代码生成、基于模板的生成与动态规划方法。 目标机器模型： 如何建模目标指令集、寻址模式和调用约定（Calling Conventions）。 栈帧布局： 解释函数调用时栈帧的创建、参数传递和局部变量的存储。 13. 现代编译器的生态系统 本书最后探讨了编译器技术的最新趋势和应用： 即时编译（Just-In-Time, JIT）的挑战与设计。 跨语言/跨平台编译： 讨论LLVM IR作为通用中间层的优势。 安全与形式化验证： 简要介绍如何使用形式方法提高编译器的正确性和安全性。 总结： 《编译器设计：从理论到实践》提供了一个结构化的路径，带领读者从最基础的形式语言概念，一步步构建起一个功能完备、性能优异的编译器框架。本书的重点在于提供深入的算法细节和严谨的理论推导，确保读者不仅知道“如何做”，更理解“为何要如此做”。

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这本书的封面设计，那种经典的蓝白色调，总能勾起我当年在图书馆翻阅时的回忆。书名“Compiler Design in C”虽然直接，却也精准地传达了它的核心价值。我记得第一次接触这本书，是在大学的编译原理课程上，那时对编译器的懵懂和好奇，让这本书成为了我学习道路上的重要指引。书中的每一个章节，都像是一幅精心绘制的蓝图，从词法分析的细枝末节，到语法分析的宏观架构，再到代码生成的神奇变幻，都以一种近乎艺术的方式呈现。作者对C语言的运用，更是让我看到了这门语言的强大与灵活，它不仅仅是实现编译器的工具，更是理解编译过程本身的一种方式。

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我一直认为，一本好的技术书籍，除了内容扎实，还需要有足够的“思想深度”。《Compiler Design in C》恰恰具备了这一点。作者在讲解各个模块时，并没有仅仅停留在“怎么做”，而是深入探讨了“为什么这样做”，以及不同方案之间的权衡。例如，在讲解抽象语法树（AST）时，他不仅介绍了其结构，还详细分析了为什么AST比原始的中间表示更适合进行后续的分析和转换。这种对“道”的追求，使得读者在掌握具体技术的同时，也能提升对编译器设计这一领域的宏观理解和战略眼光。

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很多教科书在讲解技术细节时，往往会选择一种“真空”模式，只关注核心算法，而忽略了实际工程中可能遇到的各种挑战。《Compiler Design in C》在这方面做得相当出色。书中不仅讲解了编译器设计的基本原理，还触及了许多实际应用中会遇到的问题，例如如何处理错误、如何进行代码优化、如何与底层硬件进行交互等。作者在讲解这些内容时，并没有回避其复杂性，而是以一种务实的态度，提供了一些行之有效的解决方案和思考方向。这让我意识到，学习编译器设计，不仅仅是学习一套算法，更是一种工程思维的培养。

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这本书在知识的组织和呈现上，体现了作者深厚的功底。它并非简单的技术堆砌，而是将各个知识点有机地串联起来，形成一个完整的知识体系。从最底层的词法分析，到高层级的代码优化，每一个环节都紧密相连，层层递进。我尤其喜欢书中关于中间代码表示（IR）的讲解，作者对不同IR形式的优劣分析，以及它们在不同编译阶段的应用，都让我受益匪浅。这让我明白，理解一个系统，不仅要了解其组成部分，更要理解这些部分是如何协同工作的。

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读完《Compiler Design in C》，我感觉自己仿佛经历了一场“洗礼”。在接触这本书之前，我对编译器的认识仅仅停留在“输入代码，输出可执行文件”这样一个笼统的概念。而这本书，则像一把钥匙，为我打开了通往编译器内部世界的大门。我开始理解，一个编译器是如何一步步将人类可读的代码，转化为机器能够理解的二进制指令的。这种“解构”与“重构”的过程，充满了智慧和匠心。书中对各种分析技术和优化策略的讲解，让我看到了计算机科学的精妙之处。

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说实话，初次捧起《Compiler Design in C》，我并没有抱有多高的期望，毕竟“编译原理”这个话题本身就带着一丝艰深晦涩的滤镜。然而，这本书却以一种出人意料的亲切感，颠覆了我对这个领域的认知。作者在讲解过程中，没有一味地堆砌理论公式，而是巧妙地将抽象的概念具象化，通过大量的C语言代码示例，让那些原本遥不可及的算法和数据结构变得触手可及。我尤其欣赏他在讲解递归下降解析和LL(1)解析器时的细致入微，那种循序渐进的引导方式，让我这个初学者也能逐渐理清思路，甚至动手尝试修改代码，观察其运行结果。

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时隔多年，当我再次翻阅《Compiler Design in C》时，依然能从中汲取新的养分。书中关于解析技术（例如LR(1)解析）的讲解，即使是现在看来，也依然是该领域的经典之作。作者并没有止步于理论的讲解，而是深入到算法的细节，并提供了相关的C语言实现。这种理论与实践相结合的方式，让我能够真正理解这些复杂的算法是如何工作的，并且能够举一反三。这本书不仅仅是一本关于编译器设计的教材，更是一本关于如何思考和解决复杂技术问题的指南。

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这本书的语言风格，给我留下深刻的印象。它既有学术的严谨性，又不失沟通的流畅性。作者在描述复杂的算法时，会用一些生动的比喻，让原本枯燥的理论变得形象起来。例如，他将词法分析比作“拾金子”，将语法分析比作“搭积木”，这些比喻虽然简单，却能极大地帮助读者建立直观的理解。同时，书中对C语言特性的运用也解释得十分到位，比如指针、结构体、宏等，如何巧妙地融入到编译器设计的各个环节，让我对C语言本身也有了更深的认识。

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这本书最让我印象深刻的一点，是它并没有止步于理论的阐述，而是始终将目光聚焦于“实践”。“in C”这个后缀，绝非点缀，而是贯穿始终的核心。作者并没有仅仅停留在对编译器的抽象模型进行分析，而是提供了大量可以运行的C语言代码片段，甚至是一个完整的、虽然简化但功能齐全的编译器骨架。这种“代码即理论，理论即代码”的教学方法，对于我这样偏重动手能力的学习者来说，简直是福音。每次遇到抽象的概念，我都可以快速翻到对应的代码章节，通过调试和分析代码，来加深理解，甚至能从中发现一些自己之前未曾想到的优化思路。

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这本书的逻辑结构设计，堪称教科书级别的典范。它就像一个精心设计的迷宫，引导读者一步步深入编译器的内部世界。从最基础的词法分析，如同分辨语言的字母和单词，到语法分析，像是理解句子的结构和含义，再到语义分析，如同把握语句的真正意义，最终到达代码生成，仿佛将思想转化为可执行的指令。作者在章节之间的衔接上做得十分流畅，每一个概念的引入都建立在前一个概念的基础上，使得整个学习过程不会出现断层感。我常常在读完一个章节后，会有一种豁然开朗的感觉，仿佛又解开了一个谜题。

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虽然比较贵，还是买了原版，个人认为这是关于前端实现的最好最详尽的好书。给5星都嫌少。

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