可变目标C编译器：设计与实现

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本书系统地介绍了可变目标ANSI C编译器lcc的设计方法和实现技术。lcc是一个实用的编译器，能够为不同的目标机器（如MIPS R3000、SPARC、Intel 386及其后续产品）生成代码。本书结合lcc的具体实现，详细讲述了存储管理、符号表、词法分析、语法分析、中间代码生成、优化、目标代码产生等编译程序的各个部分。
本书特色鲜明，实用性强，适合作为高等院校计算机专业编译原理课程的教材或参考书，对从事编译相关工作的技术人员也有很好的参考价值。

出版者的话
译者序
前言
第1章　引论 1
1.1　文本程序 1
1.2　如何使用本书 2
1.3　概述 3
1.4　设计 7
1.5　公共声明 11
1.6　语法规范 13
1.7　错误 14
深入阅读 15
第2章　存储管理 16
2.1　内存管理接口 16
2.2　分配区的表示 17
2.3　空间分配 18
2.4　空间释放 20
2.5　字符串 20
深入阅读 23
练习 23

　　编译器是程序员使用的关键工具，程序员每天都在使用编译器，并且非常依赖于其正确性和可靠性。编译器必须接受程序语言的所有标准定义，以便源代码可以实现跨平台的可移植性。编译器必须生成高效的目标代码，但更重要的是，编译器必须生成正确的目标代码，只有可靠的编译器才能生成可靠的应用程序。
　　编译器本身是一个大而复杂的应用程序，值得我们深入分析研究。本书介绍了ANSI C语言编译器lcc的大部分实现，对编译器的介绍方式与B. W. Kernighan和P. J. Plauger合著的《Software Tools》（Addison-Wesley，1976）一书对文本处理（例如文本编辑和宏处理）的介绍类似。研究实用的工具软件，是学习软件设计和实现技术的最好方法。本书在代码级详细介绍了一个实用的编译器，该编译器的完整源代码可在ftp.cs.princeton.edu（128.112.152.13）服务器的pub/lcc目录下，通过匿名ftp服务得到。
　　lcc不是一个研究系统，而是一个实用的编译器产品。从1988年开始，lcc就用于编译实际程序，现在每天都有数百名C程序员在使用它。由于本书详细分析了lcc编译器的设计与实现，因此用于介绍相关支撑材料的篇幅较少，仅展示了涉及的理论知识，而更为系统的编译技术的介绍可以参见其他教材。本书有意省略一些涉及琐碎和重复实现的语言特征，而将这部分内容作为练习。
　　显然，本书将使读者对编译器的构造有更多的了解。然而只有少数程序员需要了解编译器的设计与实现，大多数程序员从事的是应用程序或其他系统程序的开发。但是，基于以下4个原因，大多数C程序员都可以从本书中受益。
　　第一，一般来说，如果程序员能够理解C编译器的工作原理，通常可以成为较好的程序员，特别是较好的C程序员。编译器设计者必须全面准确地理解C语言的每一个特性，程序员通过学习这些特性的实现，能够更好地掌握语言本身及其在现代计算机上的高效实现。
　　第二，大多数程序设计教材都是通过一些精简的示例来说明编程技巧的，但大多数程序员都是在从事大型程序的开发，在开发过程中需要不断修改程序，很少有带详细说明的示例可以作为大型程序设计的参考。lcc不是完美的，但是本书详细说明了该程序的优缺点，可以作为大型程序开发的参考。
　　第三，编译器是计算机科学中理论与实践相结合的最好典范。lcc展示了理论与实践的相互作用及其精美的结果，展示了实践需求牵引理论的发展，这些都可以清楚地从代码中找到。通过一个真实的程序来研究这些相互作用，可以帮助程序员理解何时、何地以及如何运用不同的技术。此外，lcc也阐明了众多的C编程技术。
　　第四，这本书本身是一个文本程序（literate program），如同D. E. Knuth所著的《TeX: The Program》（Addison-Wesley，1986）一样，本书包括lcc的源代码及说明。为了方便读者理解，本书并未按源程序的顺序对程序代码进行讲解，而是有意进行了调整。
　　无论是对于在校学生还是专业技术人员，本书都非常适合自学使用。本书为lcc提供了说明完整的源代码，希望进行编译技术实践的人员，以及在需要使用或实现基于语言的工具和技术的应用领域（如用户接口）中工作的专业人员，将会对本书感兴趣。lcc的相关信息可通过以下地址获得：www.cs.princeton.edu/software/lcc。
　　本书全面而真实地展示了一个大型软件系统，可作为软件工程课程的分析实例。
　　对于编译课程来说，本书弥补了传统编译教材的不足。本书介绍了C编译器的一种实现方法，而传统教材主要介绍编译过程中遇到的各种问题的解决算法，因此传统教材受篇幅限制只能介绍一些实验性的编译器，代码生成也通常面向较高的级别，以避免与具体的机器相关。
　　因此，许多教师要求学生完成接近实际的编译器项目，使学生获得实践经验。通常，教师必须从头开始编写编译程序，而学生复制其中的大部分，修改后利用其余的部分。然而，由于编译器只是实验性的，文档往往显得不够充分，这种情形使教学双方都不满意。本书通过对一个实际编译器的大部分程序进行文档说明，并提供源代码，为教师提供了一种新的选择。
　　本书介绍了完整的代码生成器，代码生成面向MIPS R3000、SPARC和Intel 386及其后续体系结构等不同的平台。本书利用了最新的研究成果，根据目标机器的紧缩规范（compact specification）生成代码生成器。这些方法使得我们能够针对多种机器展示完整的代码生成器，这是其他书籍无法做到的。通过介绍多个代码生成器，既避免了本书依赖于单一的机器，又有助于学生了解如何设计可变目标的软件。
　　教师布置的作业可以是增加编译器接受的语言特征、优化、改变目标机器等。本书如果与传统教材配合使用，也可以要求学生使用不同的算法代替现有的模块作为实践作业。如果以实现一个实验编译器作为实践作业，则可能在低级基础结构和重复的语言特征上花费大量的时间。采取上述方法，就能够更接近实际的编译器工程实践。本书的许多练习都涉及编译器工程问题。
　　除传统的编译目的外，lcc也有其他用途。例如，它可以用于构建一个C程序浏览器，或者根据声明来生成远程过程调用的桩函数（stub），也能用于语言扩充、新的计算机体系结构和代码生成技术的实验。
　　本书假设读者熟悉某种计算机的C和汇编语言，了解编译器的概念，理解编译器的工作原理，同时要求读者的数据结构和算法知识达到一般本科水平，例如，R. Sedgewick所著的《Algorithms in C》（Addison-Wesley，1990）一书中的内容对于理解lcc就足够了。
　　致谢
　　感谢众多lcc用户，他们来自于AT&T贝尔实验室、普林斯顿大学和其他地方，他们忍受了许多程序中的错误，并提供了有价值的反馈。感谢Hans Boehm、Mary Fernandez、Michael Golan、Paul Haahr、Brian Kernighan、Doug McIlroy、Rob Pike、Dennis Ritchie和Ravi Sethi。Ronald Guilmette、David Kristol、David Prosser和Dennis Ritchie在ANSI标准的许多细节及其解释方面提供了非常有价值的信息。David Gay帮助我们改造了PFORT数值计算软件库，以作为lcc代码生成的测试用例，非常有价值。
　　Jack Davidson、Todd Proebsting、Norman Ramsey、William Waite和David Wall仔细阅读了我们的代码和文字，大大提高了二者的质量。还要感谢Steve Beck，他安装并改进了书中用到的字体；感谢Maylee Noah，他使用Adobe Illustrator制作完成了本书的图片。
　　Christopher W. Fraser