Compiler Construction

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出版者:Springer
作者:Koskimies, Kai
出品人:
页数:328
译者:
出版时间:1998-10-15
价格:USD 69.95
装帧:Paperback
isbn号码:9783540643043
丛书系列:
图书标签:
  • 编译原理
  • 编译器构造
  • 程序语言
  • 计算机科学
  • 编译技术
  • 语法分析
  • 语义分析
  • 代码生成
  • 优化
  • 前端后端
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具体描述

This book constitutes the refereed proceedings of the 7th International Conference on Compiler Construction, CC '98, held as part of the European Joint Conference on the Theory and Practice of Software, ETAPS '98, in Lisbon, Portugal, in March/April 1998. The volume presents 19 revised full papers selected from a total of 50 submissions; also four system demonstrations and an abstract of an invited talk are included. The papers cover the classical issues of compiler construction centered around computer languages and their processors, with an emphasis on practical methods and tools, but also other aspects of language processing are addressed like interpretation, editing, and debugging.

《语言艺术的构建:从思想的种子到可执行的代码》 在浩瀚的知识海洋中,有一类书籍,它们如同精密的手术刀,解剖思想的骨骼,重塑逻辑的脉络,最终孕育出能够与机器对话的桥梁。它们不是关于某个具体的学科领域,也不是聚焦于某一项技术的应用,而是深入到“如何让思想变得可执行”这一根本性问题。这套系列丛书,我们将其命名为《语言艺术的构建》,正是旨在引领读者穿越语言的迷宫,理解那些驱动现代计算机世界运转的底层机制。 想象一下,人类的思想,那些抽象的概念、复杂的逻辑、甚至是诗意的表达,它们都存在于我们的大脑之中,无形无迹。而计算机,却只能理解冰冷、精确的二进制代码。如何在如此巨大的鸿沟之间建立联系?《语言艺术的构建》系列,将带您踏上一段深度探索的旅程,揭示从人类自然语言或形式化语言的表达,到机器最终能够理解并执行的低级指令之间的转化过程。 第一卷:《逻辑的基石:形式化语言的语法与语义》 在本卷中,我们将首先奠定坚实的基础。我们不会直接讨论具体编程语言的语法糖或者框架的炫酷特性。相反,我们将深入探讨“语言”本身的抽象概念。什么构成一个有意义的陈述?如何用一套规则来约束这些陈述,使其不至于混乱不堪?我们将从逻辑学的视角出发,审视形式化语言的设计哲学。 语法:结构的骨架 我们将从最基础的构成元素——词法单元(tokens)——开始,比如关键词、标识符、运算符、字面量等。我们会详细分析如何使用正则表达式等工具来定义这些词法单元,就像为一门语言设定词汇表一样。 接着,我们将进入语法规则的范畴。我们将深入讲解上下文无关文法(Context-Free Grammars, CFGs)的强大之处,以及如何使用巴科斯范式(BNF)和扩展巴科斯范式(EBNF)等符号来清晰地描述一门语言的语法结构。读者将学会如何从这些文法规则出发,构建出解析树(parse trees),从而验证一个输入是否符合语言的语法规范。 我们会探讨语法分析(parsing)的艺术。从自顶向下(top-down)的递归下降(recursive descent)和LL分析,到自底向上(bottom-up)的LR分析(SLR, LALR, LR(1)),我们将详细剖析这些算法的原理、优缺点以及在实际应用中的考量。读者将理解,构建一个能够准确理解代码结构(语法树)的工具,其背后的严谨数学和算法支撑。 语义:意义的灵魂 语法规定了语言的结构,但真正赋予语言生命力的是它的意义,即语义。本卷将深入探究语义的几种重要维度。 静态语义: 在代码被执行之前,我们就能判断其合法性的规则。这包括类型检查(type checking)——为什么整数和字符串不能直接相加?作用域规则(scope rules)——变量的可见性是如何确定的?以及声明与使用的一致性等。读者将理解,类型系统并非 arbitrary,而是为了保证程序的正确性和安全性而设计的。 动态语义: 代码被执行时,其行为和结果是如何确定的。我们将探讨各种计算模型,例如状态机(state machines)和抽象机(abstract machines)等,来形式化地描述程序的执行过程。我们将分析赋值、控制流(条件语句、循环)、函数调用等基本操作的语义。 表示语义: 如何将形式化的语言描述转化为机器能够理解的形式?我们将介绍抽象语法树(Abstract Syntax Trees, ASTs)的概念,它如何作为语法分析的输出,并成为后续处理的核心数据结构。 《逻辑的基石》旨在培养读者对形式化语言的深刻理解,不仅是“如何写代码”,更是“代码是如何被理解的”。它将为后续更深入的探索打下坚实的理论基础。 第二卷:《转化之道:从抽象到实现的机器语言》 拥有了对语言结构和意义的深刻洞察后,我们将在本卷中迈向更具挑战性的阶段:如何将那些高层级的、人类易于理解的语言抽象,转化为机器真正能够执行的低级指令。这不仅仅是一个简单的翻译过程,更是一个充满智慧的优化与转换的艺术。 中间表示:沟通的桥梁 直接将高级语言翻译成机器码通常是低效且困难的。本卷将重点介绍中间表示(Intermediate Representations, IRs)的重要性。我们会探讨不同类型的IR,例如三地址码(three-address code)、静态单赋值形式(Static Single Assignment, SSA)等,以及它们各自的优缺点。 读者将理解,IRs如何提供一个介于高级语言和目标机器码之间的通用平台,使得各种优化技术能够独立于具体的前端(语言解析)和后端(代码生成),从而提高代码的效率和可移植性。 代码生成:机器的指令集 一旦有了IR,如何将其转换成目标机器的指令集(assembly code)就成为关键。我们将深入分析代码生成的过程。 指令选择: 如何根据IR中的操作,匹配到目标机器最优的指令序列。我们会探讨一些贪心算法和动态规划技术在这个过程中的应用。 寄存器分配: 机器的寄存器是宝贵的资源。如何有效地在有限的寄存器中存储变量,避免频繁的内存读写,从而提高执行速度。我们将介绍图着色算法(graph coloring algorithm)等经典方法。 指令调度: 现代处理器拥有流水线(pipelines)和并行执行单元。如何重新排列指令的顺序,充分利用处理器的并行性,隐藏延迟,进一步提升性能。 优化:让代码飞奔 仅仅生成可执行的代码是不够的,我们还需要让它跑得更快。本卷将深入探讨各种重要的代码优化技术,它们是现代软件性能的关键。 局域优化: 针对单个基本块(basic block)进行的优化,例如常量折叠(constant folding)、公共子表达式消除(common subexpression elimination)、死代码消除(dead code elimination)等。 全局优化: 跨越多个基本块的优化,例如循环优化(loop optimization),包括循环展开(loop unrolling)、循环外提(loop invariant code motion)等,以及过程间优化(interprocedural optimization)。 针对特定架构的优化: 了解目标处理器的特性,例如SIMD指令(Single Instruction, Multiple Data)等,并据此进行代码生成和优化。 《转化之道》将带领读者深入理解“翻译”的艺术,理解那些看似简单的程序背后,经历了怎样一番精密的数学计算和逻辑推理,才能最终化为机器指令,飞速运行。 第三卷:《运行时环境:程序生命的脉搏》 程序不仅仅是静态的代码,它需要在特定的环境中运行,生命才能得以延续。本卷将聚焦于程序的运行时环境,也就是程序在执行过程中与外界的交互以及自我管理机制。 内存管理:秩序的守护者 程序需要内存来存储数据和指令。本卷将深入探讨内存管理策略。 栈(Stack)与堆(Heap): 它们各自的用途、分配与回收机制,以及它们在函数调用、变量存储中的作用。 垃圾回收(Garbage Collection, GC): 对于支持自动内存管理的语言,我们将探讨各种垃圾回收算法,如标记-清除(mark-and-sweep)、复制(copying collector)、分代(generational collector)等,以及它们如何权衡性能和内存使用。 手动内存管理: 对于需要开发者手动管理内存的语言,我们将探讨相关的技术和潜在的陷阱,例如内存泄漏(memory leaks)、野指针(dangling pointers)等。 运行时支持:程序的助手 除了内存管理,运行时环境还提供了许多支持程序运行的服务。 动态链接与加载: 程序如何访问外部库,以及动态链接(dynamic linking)和静态链接(static linking)的区别和应用。 异常处理: 当程序遇到意外情况时,如何优雅地处理错误,保证程序的健壮性。我们将分析异常的传播机制和处理模型。 输入/输出(I/O): 程序如何与文件、网络、用户等外部世界进行交互。我们将探讨I/O模型,如阻塞I/O、非阻塞I/O、异步I/O等。 虚拟化与沙箱:安全的屏障 在现代计算环境中,程序的隔离与安全至关重要。 虚拟机(Virtual Machines): 深入理解Java虚拟机(JVM)、.NET CLR等,它们如何提供一个抽象的执行环境,实现跨平台运行。 沙箱(Sandboxing): 程序如何在受限的环境中运行,以防止恶意行为对系统造成损害。 《运行时环境》将揭示程序生命周期的奥秘,理解程序如何在操作系统和硬件的协调下,拥有执行的能力,并与外界进行有意义的交互。 《语言艺术的构建》系列 这套系列丛书并非一本简单的技术手册,而是一次深入到“计算思维”核心的探索。它将帮助读者理解: 形式化语言设计背后的严谨逻辑。 代码如何被理解、分析,最终转化为机器指令。 程序在运行时所依赖的底层机制。 无论您是计算机科学的学生,渴望深入理解编程语言的本质;还是经验丰富的开发者,希望拓宽视野,理解代码背后的“为什么”;抑或是对信息技术充满好奇的探索者,《语言艺术的构建》都将为您提供一份宝贵的知识财富,助您在数字世界的构建与理解之路上,迈出坚实而自信的步伐。它将帮助您看到,语言不仅仅是交流的工具,更是思想的载体,是创造的起点,是连接人类智慧与机器力量的永恒艺术。

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读后感

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用户评价

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这本书的深度和广度,让我这个已经在业界摸爬滚打了多年的老兵都感到震撼。很多同类书籍往往在讲完经典的 LALR(1) 分析后便草草收场,但《Compiler Construction》却将视野拓展到了更具挑战性的领域。关于代码优化这一块的论述,简直是教科书级别的深度解析。作者详尽地阐述了数据流分析的各种框架,从前向分析到后向分析,再到更复杂的迭代算法,每一个步骤的数学基础和实际应用都被交代得清清楚楚。我特别欣赏作者在讨论逃逸分析和循环展开时所采用的视角,它不仅仅是描述算法本身,更重要的是阐述了在特定硬件限制和性能目标下,如何权衡不同优化策略的得失。阅读过程中,我不断地停下来,拿起笔在旁边演算书中的例子,试图在自己的脑海中模拟出指令流的变化,这种沉浸式的学习体验,是其他只停留在概念层面的书籍所无法比拟的。它成功地将“理论”与“性能调优的实战经验”完美地结合在了一起,极大地拓宽了我对“高效”的理解边界。

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这本《Compiler Construction》简直是为我们这些在计算机科学的底层摸索的工程师们量身定制的宝典。从最基础的词法分析器的构建开始,作者就以一种近乎艺术家的耐心,将抽象的理论娓娓道来。我记得初次接触编译原理时,那些正则表达式和有限自动机的概念总感觉隔着一层雾,但这本书的叙述方式,就像是给迷雾中架起了一座座清晰的桥梁。它没有回避那些复杂的细节,比如如何有效地处理上下文相关的语法分析,如何设计出健壮的错误恢复机制,反而将这些看似枯燥的技术点,通过生动的例子和巧妙的比喻串联起来。特别是关于中间代码生成的那一章,作者没有停留在传统的“三地址码”的简单介绍,而是深入探讨了不同架构下指令选择的优化策略,这对于我目前负责的项目中需要进行跨平台代码优化的工作来说,简直是醍醐灌顶。书中对寄存器分配算法的剖析尤其精彩,那些图着色算法的解释,远比我大学时使用的教材要直观得多,真正让我理解了“为什么”要这样做,而不是仅仅停留在“怎么做”。读完后,我对底层代码的理解深度实现了质的飞跃,感觉自己终于抓住了现代软件运行的脉络。

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从设计哲学的层面来看,《Compiler Construction》这本书无疑是一部里程碑式的著作。它并没有将编译过程视为一系列孤立的模块堆砌,而是强调了各个阶段之间内在的、相互依赖的联系。作者在描述词法分析与句法分析的交界处,是如何通过统一的标记(Token)流来保持接口的清晰性时,我领悟到了一种更深层次的软件设计美学。书中对于抽象语法树(AST)的设计和操作,特别是如何在其上进行高效的遍历和转换,提供了多种优雅的解决方案,并清晰地指出了每种方案在不同场景下的性能权衡。这本书的伟大之处在于,它教授的不仅仅是技术,更是一种解决复杂系统工程问题的思维模式。它让你学会如何将一个庞大而复杂的任务,拆解成一系列清晰、可验证、且最终能汇聚成一个高效整体的子任务。对于任何想要深入理解计算科学底层逻辑,并希望构建下一代编程语言或高性能工具链的开发者来说,这本书是不可或缺的基石。

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我必须承认,这本书的阅读体验是有些“硬核”的,但对于真正渴望掌握编译技术核心奥秘的人来说,这份挑战正是其价值所在。它的行文风格非常严谨,充满了逻辑的张力,几乎没有一句废话。作者对待形式语言理论的态度,严谨得像一位数学家在证明定理。那些关于解析器生成器(Parser Generator)内部工作原理的深入剖析,比如 Bison 或 ANTLR 背后的机制,不再是简单的工具使用指南,而是深入到了算法生成的本质。特别是关于语义分析阶段,书中对于类型系统和属性文法处理的细致入微,让我彻底搞懂了为什么现代语言需要如此复杂的类型检查。这本书没有试图迎合初学者,而是直接将读者带入了高级工程实践的殿堂。它要求读者具备一定的离散数学和形式逻辑基础,但一旦你跨过了这道门槛,你会发现自己对编程语言的设计哲学有了全新的认识——这不再仅仅是写代码,而是在设计一套完整的逻辑执行体系。

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这本书最让我感到惊喜的一点,是它对现代编译技术的包容性与前瞻性。它不仅涵盖了经典的龙书体系中的核心内容,还大量篇幅着墨于现代 LLVM 架构下的实践。作者对于如何构建一个可扩展、可维护的编译器前端和后端,提供了极其实用的指导方针。例如,在讲解后端代码生成时,它清晰地对比了基于 SSA(Static Single Assignment)形式的工作流与传统三地址码的优劣,这对于理解现代高性能编译器的工作流程至关重要。更难能可贵的是,书中对于编译错误信息的生成和报告机制也给予了足够的重视,这体现了作者深厚的工程素养——一个好的编译器不仅要能编译代码,更要能友好地与开发者沟通。阅读这本书的过程,就像是跟随一位经验丰富的首席架构师进行为期数月的深度辅导,每翻过一页,都能感受到知识的密度在不断累积和沉淀。

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