编译原理课程的调态与转型
出处：论文网
时间：2007-03-03
编译程序是一个重要的中大型软件,传统的编译程序大都是用PASCAL、C等语言描述的(参见图2)。像编译程序这样的中大型程序如何用类这个工具来进行分解,其实是对学生的对象式程序设计能力的一个重要检验。学习用对象式语言来描述编译程序,学生可能会受到一次严格的对象式语言程序设计训练,编译程序如何用类这个工具进行分解,这些类(对象)如何合作完成编译任务,都需要较好的对象式程序设计基础。图3是一个程序设计语言文法的面向对象表示。
传统的编译程序构造主要存在如下一些问题:
(1)传统编译程序试图通过将编译程序根据功能模块分解,而使整个编译程序的复杂性降低。这种方法虽然在一定程度上简化了编译过程。但为了处理大型、复杂且多变的编译程序,仅仅将它按照功能分解成词法分析、语法分析、语义处理和代码生成几个阶段是远远不够的。
(2)传统的编译程序构造中,编译的每个阶段依然是大型、复杂的,且每个阶段内部依然存在复杂的联系,这对编译程序的可维护性没有实际上的改变,反而造成维护困难。
(3)虽然传统的编译程序构造有着丰富的理论基础,也有一些工具诸如Lex、Yacc等,但对一个具体的编译程序的构造仍然要从最基本的描述开始。传统的编译程序构造的功能分解方法缺乏支持复用的良好机制。
总之,过程式程序设计范式存在的问题在编译程序设计中广泛存在。而用对象式程序设计语言来描述编译程序,则对象式程序设计范式带来的好处基本上都能够得到。具体主要表现在:
(1)编译程序效率高。由于面向对象的编译程序构造采用的是语法树构造法,可以得到上下文相关信息,并根据上下文进行语法树的优化,所以生成的代码效率高。
(2)复用方便。由于语法类和具体的语法结构一一对应,所以在复用语法结构时,可以直接得到能被复用的语法类,不需要经过查找过程。
(3)修改方便。由于面向对象方法中的封装和多态等技术的实现,语义处理方法中所用到的数据都是局部数据,因此要做语义修改时,只要继承相应的语法类,并且重载相应的语义处理方法即可,需修改的内容较之传统方法要少。
(4)有利于构造编译程序类库,使得编译程序的构造能够大量复用已有的类,这是更高层次上的复用。
4 课程实验的设计
计算机学科是一门技术学科,它虽然有一定的科学的成分,但工程技术的成分更多一些,因此需要加强动手能力的培养。编译原理课程除了注重它的原理性,还必须注重其实践性。学习这门课程时,学生对编译的理解往往只停留在书本的概念上,而不知道怎样把编译理论应用到实际的编译程序设计的实践中。另外,有些学校只将教学内容锁定在文法、词法分析(有穷状态自动机)、语法分析(LL、LR文法)上,以应付学生考研的需要。这些做法使得学生很难掌握这门课程的精髓。
图2传统的编译程序功能分解
图3程序设计语言文法的面向对象表示
编译系统可能是所有软件系统中最复杂的系统之一,通过本课程实践环节的教学,还可以帮助学生掌握一些大、中型软件设计的技术和技巧,提高学生面向对象软件开发的综合能力。
传统的编译原理课程往往要求学生自己实现一个词法分析程序;实现一个基于递归子程序递归下降分析程序或基于预测分析表的语法分析程序;为某虚拟机(例如PL/0虚拟机)生成代码;对教学模型(例如PL/0)进行扩充,写出完整的编译程序等。且在此过程中学生可以借助词法分析自动生成程序Lex和语法分析自动生成程序Yacc进行有关实验。我们要求学生通过对教学模型的分析,能够在机器上动手实现一个小的编译系统,以加深对编译整个过程的一致性、连贯性、整体性的理解。
一旦我们的讨论对象改变为对象式语言,则其编译程序语法和词法分析的自动生成不能再采用Lex、Yacc这类工具了,需要改用JavaCC(Java Compiler Compiler)或SableCC等,它们都能生成Java语言代码;或者使用Jikespg(Jikes paser gernerator),它生成C++代码。
我们初步制定了本课程的实践环节,它主要分四个层次:
(1)借助JavaCC或SableCC等工具让学生自动生成小语言的词法分析和语法分析程序。这个实验的目的是教会学生关于词法分析和语法分析的自动生成,同时弄清这些工具生成出来的代码的程序结构,特别是面向对象的类结构。
(2)为上面生成的语法树添加语义动作,完成生成代码的工作。这个实验的目的是让学生理解如何在抽象语法树上添加语义动作,理解为虚拟机生成代码的知识。
(3)扩展教学模型,如MiniJava,为其增加一些语言成分,如有关语句等,然后为其构造完整的编译程序。这一实验让学生把握编译的总体,弄清各部分之间的关系。
(4)逐步构造面向对象的编译程序类库,使得“编写”编译程序逐步走向“组装”编译程序。
5 结束语
对计算机人才的层次结构、知识、能力与素质等方面的要求在很大程度上取决于计算机市场。我们需要与时俱进,适时考虑相应教学体系和内容的改变。依赖过程范性的编译原理课程势必要被依赖对象范性的编译原理课程所取代,这是软件技术发展和社会实际应用的需要。但建立本课程新的课程信念、课程价值、课程技术等尚需时日,需要不断探索和创新。
编译原理课程的改革不仅需要教师付出大量辛勤劳动,及时跟进技术的发展,还需要好的教材、好的课程实验设计。《对象式程序设计语言编译原理》便是我们按照上述思路来编写的教材。
参考文献
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