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编译原理课程的调态与转型

作者:未知
出处:论文网
时间:2007-03-03
摘要:本文探讨了在计算机软件技术快速发展的情况下,高校计算机类专业编译原理课程的改革问题。提出了编译原理课程教学模型从过程式向对象式的转变、编译程序的面向对象构造(包括编译算法的描述)等问题,以及由此带来的教学内容的调整和课程实验的设计问题。
关键词:编译程序;教学改革;对象式程序设计;Java

1 引言

编译原理课程是高校计算机类专业的重要基础和骨干课程。编译原理对计算机专业的学生的重要性与高等数学对理科学生的重要性几乎可以相提并论。同时,由于这门课程涉及其他多门课程的知识,使得它成为大学阶段中最难学的课程之一。
从表面上看,编译程序是将高级语言源程序翻译成低级语言程序,但编译程序构造的基本原理和技术也广泛应用于一般软件的设计和实现,其中的设计思想、算法、思维方式和技术都可能会对学生今后的职业发展产生比较大的影响。
当今,程序设计已经基本上从传统的过程式转向对象式,并且正在从对象式转向组件型。这其实是程序设计范型的变迁,是在计算机技术背景下认识世界的观点的变化:过程式将完成事务看成是一系列的步骤,而对象式却将世界看成是由一系列对象组成的,这些对象之间交互合作完成特定的事务。从过程式到对象式,有着质的变化,而非一般的修改和完善,由此带来了语言(算法描述工具)的变化。编程语言影响思维,面向对象的思维方法又促进了编程语言的发展。
目前,程序设计的一些后继课程,如数据结构等都进行了同步跟进,出现了诸如用C++或Java描述的数据结构教材。但编译原理课程却没有及时跟进,上述改变基本上没有反映到编译原理课程中。这门课程近20年来基本上没有大的变化,教学内容仍然是基于过程式语言展开的,编译算法和模型描述是用PASCAL语言或者C语言。虽然个别教材加入了少量关于对象式语言编译技术的内容,那也是稍加点缀而已,作用不大。这就造成了一种奇怪的现象:对象式语言已经成了高校计算机教学的主流语言,社会上大量使用的也是对象式语言,而我们的编译原理教学仍然沿袭旧的一套。这种“状态”严重地脱离了计算机技术的发展和社会的实际需要,因此需要进行“调态”,其根本做法是“转型”,即将本课程的讨论对象从过程式语言转到对象式语言。
国外近年关于编译原理方面的新教材已经有了重要改变,不再连篇累牍地讨论那些已经过时的内容,增加了许多新的内容。其中一个重大改变是出现了用对象式语言描述编译算法和教学模型的编译原理教材,如:用Java语言描述的编译原理教材,且其教学模型为MiniJava。
这种改变也涉及到课程上机实践。众所周知,编译原理课程的学术性和实践性都很强:学术性是这门课程的生命所在,实践性是这门课程的活力所在。因而本课程的上机实践也要作同步调整。

2 课程内容围绕对象式语言展开

研究程序设计语言的语法描述需要有文法理论的支持,老教材中文法、词法分析和语法分析部分内容基本上不需要作什么变动。词法分析主要依赖有穷状态自动机理论,语法分析主要讲述LL方法和LR方法,其他方法略做介绍即可,无需展开讨论。LL方法和LR方法含盖了许多分析技术,理论性和应用性都很强,完全可以代表主流技术。
重要的就是研究对象和教学模型的改变。首先,研究对象将从过程式程序设计语言转到对象式程序设计语言(当然还可以兼顾过程式),例如Java、C++等,围绕实现这类语言的编译实现技术展开讨论。对象式程序设计语言的要素是封装、继承、多态性,在编译实现时都必须仔细考虑。其次,涉及到对象式程序设计语言编译程序教学的模型选择问题。目前传统的教材选择的教学模型有PL/0、Tini C等。实践证明,围绕某个模型展开编译设计技术的讨论,效果是比较好的。课程研究对象和教学模型的改变涉及到调整的章节主要有语法分析、语义分析、代码生成、符号表管理、存贮分配等方面。
一旦我们讨论的模型发生变化,这些章节的内容就要作很大调整。如对象式语言的作用域规则、语言动态特性、模块化封装(类)、类的继承、多态性的实现等,都需要具体的技术来实现,这些都要反映在教材和教学中。
就课程中关于代码生成内容来看,目前Java编译程序生成Java虚拟机(JVM)代码,C#生成MSIL虚拟机代码。这两个虚拟机作为教学模型来说可能比较复杂了一些,在教学中可以选定一个简单的子集;或者在PL/0虚拟机上适当增加一些指令代码,以便于代码生成、存贮分配等部分的讲解。
实践证明,作为教学模型,在教材上提供一个小型语言的编译程序供学生分析和研究,非常有利于加深对基本原理的理解和掌握。这个小型编译程序可以比较小但应该能够说明一些基本问题,例如传统的编译原理课程中选择PL/0编译程序作为教学模型,就收到了比较好的教学效果。在对象式程序设计语言编译原理课程中选择Object-pl/0或者MiniJava作为教学模型是比较恰当的。前者是在传统的PL/0语言上增加类,补充封装、继承、多态性之语言成分得到的;后者是对Java语言进行适当简化得到的,其主要语法描述如图1所示。

图1MiniJava语法

编译原理课程可以围绕此模型展开讨论。国外已经有这类教材出现,并且不少大学已经开始使用。

3 用对象式语言描述编译算法和教学模型

本课程中各类编译算法都应该伴随着教学模型的变化,改用对象式语言来描述,如用Java语言描述或者用C++语言描述。其中一个重大的变化是教学模型如MiniJava或Object-pl/0要用对象式语言实现,也就是提出了教学模型的面向对象构造问题,这就比较好地将讨论对象和描述讨论对象的语言统一起来了。国外有的教材就选择了用Java描述MiniJava编译程序。

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