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出版者:Scholium International, Inc.

作者:Richard Bornat

出品人:

页数:405

译者:

出版时间:1989-10

价格:USD 32.50

装帧:Paperback

isbn号码:9780333217320

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《程序设计语言的本质：编译器设计与实现原理》 一部深入探索程序语言转换核心机制的权威著作 本书旨在为读者提供一个全面且深入的视角，剖析现代编译器设计与实现背后的理论基础、算法选择以及工程实践。我们聚焦于如何将高级程序语言有效地转化为机器可执行的指令，揭示这个复杂转换过程中的每一个关键环节和技术挑战。 核心内容涵盖： 第一部分：理论基础与前端设计 词法分析的艺术与实践： 我们将从最基础的词法分析单元开始，详细阐述如何利用有限自动机（Finite Automata）的理论构建高效的词法扫描器。内容深入到正则表达式与自动机之间的等价性证明，并探讨如何处理复杂的标识符、关键字和常量表示。重点关注如何优化扫描过程，例如通过查表法（Table Lookup）实现近乎线性的时间复杂度。 语法分析的结构化力量： 本部分是编译器的“骨架”，我们细致讲解上下文无关文法（Context-Free Grammars, CFGs）的定义、推导以及其在描述程序语言结构中的作用。随后，深入剖析主流的自上而下（如 LL(k) 分析）和自下而上（如 LR(k) 分析族，包括 SLR, LALR, Canonical LR）的分析技术。对于 LALR 分析器的构建过程，我们提供详尽的步骤分解和算法推导，确保读者能够从零开始手动构建一个功能完备的语法分析器。此外，还会探讨如何处理文法中的二义性问题，以及使用扩充的文法（Augmented Grammars）来指导语义分析。 语义分析与中间表示的生成： 词法和语法分析确定了程序的“形式”，而语义分析则关注其“意义”。本章详述类型检查（Type Checking）的机制，包括静态类型系统和类型推断（Type Inference）的算法，例如 Hindley-Milner 算法的简化应用。我们重点讨论符号表（Symbol Table）的设计与管理，它作为存储类型信息、作用域规则和变量位置的核心数据结构，其高效的查询和更新机制至关重要。在此基础上，介绍如何将源代码抽象为中间表示（Intermediate Representation, IR）。我们将对比分析多种 IR 形式，如三地址码（Three-Address Code）、静态单赋值形式（Static Single Assignment, SSA）的优势与适用场景，并详细阐述如何从抽象语法树（Abstract Syntax Tree, AST）高效地翻译至这些 IR 形式。 第二部分：优化引擎与后端实现 代码生成与机器依赖性： 本部分聚焦于如何将优化后的 IR 映射到目标机器的指令集上。我们首先讨论指令选择（Instruction Selection）的过程，包括如何使用动态规划或模式匹配技术来选择最高效的机器指令序列来对应 IR 操作。随后，深入探讨寄存器分配（Register Allocation）这一关键的性能瓶颈问题。我们将详细分析图着色算法（Graph Coloring Algorithm）在解决寄存器分配问题中的应用，以及处理溢出（Spilling）的策略。对于不同架构（如基于栈或基于寄存器的机器），指令集的选择和代码布局的优化策略也会被进行比较分析。 编译器优化的核心技术： 本章是性能提升的引擎室。我们系统地分类和解析各种重要的代码优化技术。 数据流分析（Data Flow Analysis）： 解释如何构建和求解数据流方程，以确定程序中变量状态的必要信息。重点讲解前向分析（如可用表达式分析）和后向分析（如活跃变量分析）的应用。 控制流图（Control Flow Graphs, CFGs）： 阐述 CFG 如何作为优化分析的基础框架，以及循环（Loop）的识别与优化，如循环不变代码外提（Loop-Invariant Code Motion）。 通用优化策略： 涵盖诸如常量折叠（Constant Folding）、常量传播（Constant Propagation）、死代码消除（Dead Code Elimination）等基础优化，并深入探讨过程间优化（Interprocedural Optimization, IPO）的挑战与方法。 指令级并行优化： 针对现代乱序执行处理器，介绍指令调度（Instruction Scheduling）的基本原理，旨在重新排序指令以最大限度地隐藏内存延迟和利用处理器功能单元。 第三部分：高级主题与现代趋势 垃圾回收与内存管理在编译器中的角色： 虽然严格来说内存管理属于运行时系统（Runtime System），但编译器必须为这些系统生成正确的代码。本章探讨自动内存管理机制，如引用计数（Reference Counting）和追踪式垃圾回收（Tracing GC）的算法原理，并分析编译器如何辅助这些机制，例如通过插入必要的内存分配和回收代码。 并行化编译器的挑战： 随着多核处理器的普及，编译器需要具备识别和安全地并行化代码的能力。我们将讨论如何使用依赖性分析（Dependence Analysis）来检测并行执行的潜在冲突，以及如何生成 OpenMP 或其他并行模型所需的编译器指令。 目标平台的特定考虑： 本部分将讨论编译过程如何适应特定的硬件和软件环境，包括面向嵌入式系统的代码紧凑性优化，以及如何利用 JIT（Just-In-Time）编译器的快速编译与热点代码优化策略，为读者构建一个面向未来编程环境的知识体系。 本书特色： 本书强调理论与实践的结合。读者不仅能掌握编译原理的数学模型，更能通过贯穿全书的、基于一个假想的、简洁而强大的指令集的实现案例，直观地理解每一步转换的实际效果。我们避免依赖任何特定商业编译器的内部细节，而是着重于普适的、经过时间检验的算法设计哲学，确保本书内容在不同语言（如 C、Java、Rust 等）的编译器设计中都具有高度的参考价值。本书适合计算机科学专业高年级本科生、研究生，以及致力于构建工具链、解释器或高性能软件的专业工程师深入研读。

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在阅读 **Understanding and Writing Compilers, 3rd edition** 的过程中，我最深的感受是，作者在将复杂的技术概念转化为易于理解的知识方面，展现了极高的功力。 作为一个并非科班出身的开发者，我常常在阅读一些技术书籍时感到吃力，因为它们往往假设读者已经具备了相当的背景知识。 但这本书完全不同。 作者在引入每一个新的概念时，都会先提供必要的背景信息，然后通过一系列精心设计的示例来逐步引导读者。 例如，在讨论代码生成部分，作者并没有直接讲解如何生成汇编代码，而是从简单的中间表示（IR）开始，解释IR的优势，以及如何将IR转换为目标代码。 这种分层推进的方式，让我能够一步步地构建起对整个编译过程的认知。 我特别欣赏书中关于指令选择和寄存器分配的章节，作者用通俗易懂的语言和生动的比喻，解释了这些关键而又略显枯燥的技术。 读完这部分，我仿佛看到自己正在一步步地将抽象的计算过程，转化为机器能够执行的具体指令。 这本书真的让我觉得，编写编译器并非遥不可及的“高科技”，而是可以通过系统学习掌握的工程技能。

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**Understanding and Writing Compilers, 3rd edition** 给我最大的启发，在于它让我看到了计算机科学中“工程”的魅力。 很多时候，我们学习技术，只是为了解决眼前的问题，但这本书却让我开始思考，如何从根本上设计和构建一个高效、健壮的软件系统。 作者在介绍编译器前端（词法分析、语法分析、语义分析）和后端（代码生成、优化）时，始终强调模块化和接口设计的重要性。 我从中学习到，一个好的编译器，就像一个精密的机器，每一个组件都各司其职，但又能紧密协作，最终完成复杂的任务。 书中关于语义分析的章节，比如类型检查和名字解析，虽然涉及一些理论，但作者通过大量的代码示例，让我看到了这些理论是如何在实际中应用的。 我甚至尝试着按照书中的指导，用一个简单的语言实现了一个基本的类型检查器，虽然只是一个非常简陋的版本，但我从中获得的成就感是无与伦比的。 这本书让我明白，编写编译器不仅仅是编写代码，更是一种对计算思维的深刻理解和对软件工程原则的灵活运用。

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在阅读 **Understanding and Writing Compilers, 3rd edition** 的过程中，我最常做的动作就是停下来，思考书中的例子，并尝试将它们应用到我自己的理解中。 书中对各种编译器技术，从最基础的词法分析到复杂的代码优化，都进行了详尽的阐述。 我尤其喜欢作者在解释不同解析技术时，所使用的类比和图示。 比如，在讲解递归下降解析时，作者用一个“树状结构”的比喻，生动地描绘了语法树是如何被构建和遍历的，这让我一下子就理解了其核心思想。 接着，作者又引入了LL解析器和LR解析器，并详细讲解了它们的工作原理和优劣势。 我尝试着跟着书中的步骤，手动构建了一个简单的语法解析器，虽然过程中遇到了不少挑战，但最终成功运行起来的那一刻，真的非常有成就感。 此外，书中对中间代码表示（IR）的讨论，也让我大开眼界。 作者介绍了多种IR形式，并分析了它们在代码生成和优化过程中的作用。 这部分内容让我对编译器的“中转站”有了更清晰的认识，也理解了为何IR的设计如此重要。

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这本书，**Understanding and Writing Compilers, 3rd edition**，是我近期读过的最有价值的技术书籍之一。 它不仅仅是关于编译器本身，更是关于如何“思考”计算，以及如何将抽象的概念转化为实际的工程解决方案。 作者在讲解时，非常注重理论与实践的结合，每个概念的引入都伴随着清晰的解释和实用的代码示例。 我尤其喜欢书中关于编译器优化部分的讨论，它让我明白，编写高效的代码不仅仅是编写功能正确的代码，更需要理解编译器的工作原理，并利用其优化能力。 我对书中关于数据依赖分析和别名分析的讲解印象深刻，这些技术对于理解代码中的潜在瓶颈至关重要。 此外，作者还介绍了如何利用静态分析技术来发现代码中的潜在错误，这对于提高代码质量非常有帮助。 读完这部分，我感觉自己对代码的“可读性”和“可维护性”有了全新的理解，并且开始尝试在我的日常开发中，应用这些思想。

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这本书，**Understanding and Writing Compilers, 3rd edition**，绝对是我近期最激动人心的技术阅读体验之一。 我一直对计算机底层是如何运作的充满好奇，而编译器，作为连接高级编程语言和机器指令的桥梁，更是其中的奥秘所在。 在翻开这本书之前，我对编译器的了解仅限于“它能把我的代码变成机器能懂的东西”，但这本书却以一种抽丝剥茧、循序渐进的方式，将这个复杂的概念变得清晰可见。 作者在介绍词法分析时，并没有直接抛出复杂的正则表达式理论，而是从一个简单的文本模式匹配问题入手，用生动的例子解释了如何将一段代码分解成一个个有意义的“词素”（token）。 这种由浅入深的教学方法，让我这个非计算机科学科班出身的读者也能轻松跟上。 接着，在语法分析的部分，作者详尽地阐述了各种解析技术，从递归下降到LR解析器，每一个概念的引入都伴随着清晰的图示和详实的伪代码，让我能够直观地理解抽象的语法树是如何构建起来的。 尤其是关于算术表达式的解析，书中通过一步步的推导，展示了如何处理运算符的优先级和结合性，这真是太巧妙了！ 我甚至尝试着手画了几棵语法树，感觉自己真的在“理解”编译的过程，而不是简单地记忆。 毫无疑问，这本书不仅是一本教材，更像是一本引人入胜的指南，引领着我对编译器这个世界的探索。

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坦白说，我购买 **Understanding and Writing Compilers, 3rd edition** 的初衷，是希望能够深入理解我每天都在使用的编程语言背后的机制。 长期以来，我总觉得代码的编写和执行之间存在着一层神秘的面纱，而编译器正是揭开这层面纱的关键。 这本书的第三版，在内容上做了很多更新，尤其是在现代编译器的优化技术方面，让我耳目一新。 过去，我总以为编译器的主要工作就是翻译，但这本书让我意识到，优化才是真正考验编译器设计者智慧的部分。 作者对数据流分析、控制流分析以及各种转换（如常量折叠、死代码消除）的讲解，简直是艺术品。 我对书中关于循环不变代码外提和过程内联的讨论印象尤为深刻，通过图文并茂的解释，我终于明白了这些看似晦涩的优化手段是如何有效地提升程序性能的。 作者没有回避这些复杂的概念，而是用清晰的逻辑和恰当的例子，将它们剖析得淋漓尽致。 读完这部分，我感觉自己对代码的执行效率有了全新的认识，并且开始思考如何在自己的编程实践中，通过更“优化”的方式来编写代码。 这本书的价值，远不止于理解编译器的工作原理，它更像是一本关于如何写出更高效、更优雅代码的宝典。

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**Understanding and Writing Compilers, 3rd edition** 是一本让我感到“震撼”的书。 震撼于作者的知识广度和深度，更震撼于他将如此复杂的技术，以一种如此易于理解的方式呈现出来。 在我看来，很多技术书籍往往过于理论化，或者过于工程化，而这本书恰好找到了一个完美的平衡点。 作者在介绍编译器的各个阶段时，总是能恰到好处地引用最新的研究成果和实践经验，但又不会让读者感到无所适从。 例如，在讲解代码优化时，作者不仅介绍了经典的优化技术，还提及了一些现代编译器中常用的新型优化策略，如基于机器学习的优化。 这让我意识到，编译器技术并非停滞不前，而是在不断发展和进步。 我尤其赞赏书中对并发和并行编译的讨论，这对于我理解现代多核处理器上的程序执行至关重要。 通过阅读这部分内容，我开始反思自己过去在编写并发程序时的一些不足之处，并尝试将学到的知识应用到实际的编码中。

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我不得不说，**Understanding and Writing Compilers, 3rd edition** 是一本非常有“生命力”的书。 读它的过程，就像是在与一位经验丰富的导师对话，他循循善诱，耐心解答每一个可能出现的疑问。 在我看来，编译器的学习过程，最容易让人望而却步的，往往是那些抽象的理论和复杂的算法。 但这本书却通过大量生动的例子和直观的图示，将这些抽象的概念变得触手可及。 我尤其对书中关于错误处理和诊断的章节印象深刻。 作者详细讲解了如何设计有效的错误信息，以及如何帮助用户更快速地定位和修复代码中的问题。 这让我意识到，一个优秀的编译器，不仅仅是翻译代码的工具，更是开发者进行调试和改进的重要助手。 此外，书中对编译器工具链的介绍，也让我对整个软件开发生态有了更宏观的认识。 我开始理解，为什么不同的编程语言会有不同的编译器，以及这些编译器之间是如何协同工作的。

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**Understanding and Writing Compilers, 3rd edition** 是一本让我“欲罢不能”的书。 每次拿起它，就仿佛进入了一个奇妙的世界，探索着代码如何被赋予生命。 我一直以来都对程序的底层运作原理感到好奇，而编译器正是连接我们编写的代码和机器指令的桥梁。 这本书以一种非常系统和深入的方式，揭示了编译器的奥秘。 从词法分析器如何识别代码中的“单词”，到语法分析器如何构建代码的“句子结构”，再到语义分析器如何理解代码的“含义”，每一个步骤都被清晰地阐述。 我尤其喜欢书中关于抽象语法树（AST）的讲解，作者通过多个例子，展示了AST是如何表示代码的结构的，以及它在后续的编译过程中扮演的关键角色。 读到代码生成的部分，我更是感觉自己仿佛置身于一个繁忙的工厂，看着一行行代码被转化为机器能够理解的指令。 书中对不同目标架构的指令集生成策略的讨论，也让我对跨平台编译有了更深的认识。

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**Understanding and Writing Compilers, 3rd edition** 是一本真正能让你“学到东西”的书。 我之前对编译器的理解非常有限，只知道它能把我的代码变成机器能懂的语言。 但这本书让我看到了编译器背后庞大的知识体系和精妙的设计。 作者在介绍每一个组成部分时，都循序渐进，从最基础的概念讲起，逐步深入到更复杂的理论和技术。 我特别欣赏书中对不同解析策略的详细比较，从最早的LL(1)到强大的LR(k)，作者都用清晰的图示和示例进行了讲解，让我能够直观地理解它们之间的区别和优劣。 读到关于类型系统和作用域管理的章节时，我感觉自己仿佛在学习一门全新的语言，但不同的是，这门语言是关于如何让计算机理解和执行我们所定义的语言。 书中对中间表示（IR）的设计和转换的讨论，也让我对编译器的“内在运作”有了更清晰的认识。 这部分内容对于理解代码优化和跨平台编译尤为重要。

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