[套装书]自己动手做智能产品：嵌入式JavaScript实现+自己动手构造编译系统：编译、汇编与链接（2册）[POD]

连接开发板 24
固件升级 25
命令行初体验 26
编辑器 27
第4章　开启JavaScript之旅 31
准备工作 31
注释 32
数据类型 32
数学计算 33
变量 35
自增与自减 37
对象 38
函数 38
数组 42
面向对象 44
按位运算 45
if语句 51
&&和｜｜ 52
三元操作符 53
for循环 53
异常 55
第二部分　电动机
第5章　什么是电动机 59
实验1：法拉第的电动机 60
实验2：电动机换向器 64
无刷直流电动机 68
实验3：步进电动机 69
实验4：步进电动机控制 72
实验5：多个步进电动机控制 76
第6章　频闪仪 79
找到一个风扇 79
实验6：速度检测 81
实验7：频闪仪 84
实验8：照得更远的频闪仪 86
第7章　约翰·罗杰·贝尔德的电视机 89
实验9：视觉的持续性 89
实验10：约翰·罗杰·贝尔德的电视机 92
第三部分　机电部分
第8章　制作一个简单的机器人 101
实验11：试用伺服电机 102
实验12：制作一个简单的机器人 105
实验13：循光 113
第9章　铅笔绘图仪 117
实验14：铅笔绘图仪 117
第10章　数码针孔相机 131
实验15：制作一个数码相机 131
第11章　打印机 145
实验16：制作一个打印机 145
第四部分　通信
第12章　有线通信 161
时序 161
实验17：制作示波器 163
第13章　切断连线：红外线 169
实验18：制作红外接收器 169
实验19：解码红外线信号 171
实验20：使用解码信号 175
实验21：用dweet.io在网络上使用遥控器 176
实验22：通过IFTTT在网络上使用遥控器 178
第14章　切断连线：无线电信号 181
实验23：连接接收器 182
实验24：连接发射器 183
实验25：从Espruino发射 185
实验26：解码接收的数据 186
第15章　连接无线网络 193
实验27：将WiFi添加到你的Pico 194
实验28：测试你的布线 198
实验29：连接到WiFi 199
实验30：将数据发送到Internet 200
实验31：从Internet接收数据 202
实验32：建立一个服务器 206
控制物品 209
第16章　低功耗蓝牙 213
低功耗蓝牙如何工作 214
如何使用低功耗蓝牙 216
Web Bluetooth 216
实验33：使用Puck.js 217
实验34：制作一个开门计数器 219
实验35：广播开门次数 222
实验36：用Eddystone接收开门次数 223
第五部分　合而为一
第17章　XY绘图仪 229
实验37:制作XY表 229
实验38：控制XY表 235
第18章　联网绘图仪 243
实验39：联网绘图仪 245
第六部分　总结
第19章　未来如何 257
附录A　零件和材料 259
附录B　常见的Espruino命令和变量 271
附录C　Espruino汇编 277



---------------------------自己动手构造编译系统：编译、汇编与链接---------------------------


序
前言
第1章 代码背后 1
1.1 从编程聊起 1
1.2 历史渊源 2
1.3 GCC的工作流程 3
1.3.1 预编译 4
1.3.2 编译 5
1.3.3 汇编 6
1.3.4 链接 7
1.4 设计自己的编译系统 8
1.5 本章小结 9
第2章 编译系统设计 11
2.1 编译程序的设计 11
2.1.1 词法分析 12
2.1.2 语法分析 13
2.1.3 符号表管理 14
2.1.4 语义分析 15
2.1.5 代码生成 16
2.1.6 编译优化 16
2.2 x86指令格式 18
2.3 ELF文件格式 19
2.4 汇编程序的设计 21
2.4.1 汇编词法、语法分析 22
2.4.2 表信息生成 23
2.4.3 指令生成 24
2.5 链接程序的设计 25
2.5.1 地址空间分配 25
2.5.2 符号解析 26
2.5.3 重定位 27
2.6 本章小结 27
第3章 编译器构造 29
3.1 词法分析 29
3.1.1 扫描器 30
3.1.2 词法记号 32
3.1.3 有限自动机 36
3.1.4 解析器 40
3.1.5 错误处理 53
3.2 语法分析 55
3.2.1 文法定义 55
3.2.2 递归下降子程序 65
3.2.3 错误处理 70
3.3 符号表管理 74
3.3.1 符号表数据结构 75
3.3.2 作用域管理 78
3.3.3 变量管理 82
3.3.4 函数管理 88
3.4 语义分析 93
3.4.1 声明与定义语义检查 93
3.4.2 表达式语义检查 95
3.4.3 语句语义检查 97
3.4.4 错误处理 98
3.5 代码生成 101
3.5.1 中间代码设计 102
3.5.2 程序运行时存储 105
3.5.3 函数定义与return语句翻译 108
3.5.4 表达式翻译 110
3.5.5 复合语句与break、continue
语句翻译 120
3.5.6 目标代码生成 132
3.5.7 数据段生成 141
3.6 本章小结 145
第4章 编译优化 147
4.1 数据流分析 149
4.1.1 流图 149
4.1.2 数据流分析框架 152
4.2 中间代码优化 155
4.2.1 常量传播 155
4.2.2 复写传播 167
4.2.3 死代码消除 172
4.3 寄存器分配 177
4.3.1 图着色算法 177
4.3.2 变量栈帧偏移计算 182
4.4 窥孔优化 187
4.5 本章小结 190
第5章 二进制表示 191
5.1 x86指令 191
5.1.1 指令前缀 192
5.1.2 操作码 194
5.1.3 ModR/M字段 196
5.1.4 SIB字段 198
5.1.5 偏移 201
5.1.6 立即数 201
5.1.7 AT&T汇编格式 202
5.2 ELF文件 204
5.2.1 文件头 205
5.2.2 段表 207
5.2.3 程序头表 209
5.2.4 符号表 213
5.2.5 重定位表 214
5.2.6 串表 215
5.3 本章小结 217
第6章 汇编器构造 219
6.1 词法分析 220
6.1.1 词法记号 220
6.1.2 有限自动机 222
6.2 语法分析 223
6.2.1 汇编语言程序 223
6.2.2 数据定义 225
6.2.3 指令 226
6.3 符号表管理 227
6.3.1 数据结构 228
6.3.2 符号管理 230
6.4 表信息生成 234
6.4.1 段表信息 235
6.4.2 符号表信息 238
6.4.3 重定位表信息 239
6.5 指令生成 246
6.5.1 双操作数指令 247
6.5.2 单操作数指令 251
6.5.3 零操作数指令 254
6.6 目标文件生成 255
6.7 本章小结 261
第7章 链接器构造 263
7.1 信息收集 264
7.1.1 目标文件信息 264
7.1.2 段数据信息 266
7.1.3 符号引用信息 268
7.2 地址空间分配 269
7.3 符号解析 272
7.3.1 符号引用验证 274
7.3.2 符号地址解析 276
7.4 重定位 277
7.5 程序入口点与运行时库 281
7.6 可执行文件生成 283
7.7 本章小结 290
参考文献 291

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　　使用本书代码示例
　　本书补充资料（如代码示例、练习等）可从以下网址下载：https://github.com/espruino/making-things-smart。
　　本书是为了帮助你完成那些想要完成的事情。正常情况下，本书所提供的代码用例都可以在你的程序或者文档中使用。除非需引用大段的示例代码，否则你不需要得到我们的许可。例如，将本书中的某部分代码用于程序中并不需要得到许可，但是若想将本书的代码用于销售或者打包在CD-ROM中发布则需要得到我们的许可。引用本书中的内容或者示例代码来回答问题不需要许可，但是如果需要将本书的重要示例代码加入你的产品文档中则需要得到我们的许可。
　　我们希望读者在引用本书内容时指出出处（但非强制要求），通常包括书名、作者、出版社和国际标准书号。比如：“Making Things Smart by Gordon F. Williams (O’Reilly). Copyright 2017 Gordon F. Williams, 978-1-680-45189-4”。
　　在使用本书代码示例的过程中，如果你发现错误或者需要获得以上所提许可，欢迎通过以下邮箱联系我们：
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　　若需了解更多相关信息，请访问 http://oreilly.com/safari。
　　本书网址为http://shop.oreilly.com/product/0636920031246，https://www.oreilly.com/catalog/errata.csp?isbn=0636920031246列出了本书的勘误。
　　致谢
　　首先要感谢Maker Media团队给我机会完成本书——尽管这是我的第一本书——感谢他们有足够的耐心指导我如何去写一本书！我也十分感谢Brian Jepson和Anna Kaziunas France，尽管他们现在已经不在Maker Media了，但我会开始写作本书是因为他们在其中起了至关重要的作用。
　　我要感谢我那了不起的太太Marianne——不仅仅是因为她在我写作本书的过程和我平时工作中给予的帮助，还因为她在过去10年中给予了我自信，并支持我那些疯狂的想法，让我可以专心工作。
　　如果没有最初这些了不起的支持者，本书和Espruino可能都不会存在。在最开始时正是在他们的帮助下我才完成了第一块Espruino开发板，并且从那之后，在他们的持续帮助下，Espruino才会一步步走向今天的成熟。Espruino论坛中的成员们做出了巨大的贡献，在他们的赞助下，我才有更多时间去完成更多的基于Espruino的有趣项目。同样要十分感谢那些在GitHub中向我提交漏洞报告的人们，正是在他们的帮助下，我才能完善该项目。
　　我现在采用的绝大部分都是开源软件，像Linux（Mint）、GCC、Chromium、Eclipse、Atom、Gimp、Inkscape和LibreOffice等工具。GCC常常被忽视，在我刚开始Espruino相关工作时，许多嵌入式设备还没有一个可用的、免费的C编译器。
　　ST微电子公司的Laurent Desseignes和Sebastien Marsanne在STM32的Espruino开发板方面给予了巨大的支持，还有Michael Dietz 等其他在Nordic Semiconductor译注工作的开发者们，在我们开发Puck.js期间也给予了我们巨大的帮助。
　　谷歌的Fran?ois Beaufort 很出色地帮我们完成了Web Bluetooth和Chrome浏览器物理层的支持，绿色软件园（Green Park Software）的David Park则完成了一个WebBLE 应用程序，该程序在iOS操作系统中实现了Web Bluetooth的支持。还需感谢ARM mbed的Rob Moran、Jonathan Austin、Hugo Vincent 和Simon Ford，他们给了我宝贵的建议，并帮助宣传了Espruino，促使micro:bit 这样的设计方式在Espruino中得以实现。
　　剑桥大学计算机实验室也提供了巨大的帮助——不仅仅因为它所给予我的教育，还因为它在我毕业之后仍给予了我持续支持。Stuart Newstead可以说是一位梦幻级导师，是他让我知道不能将所有时间都花在写代码上，而需要关注更多其他的事情！
　　我还要感谢Tim Hunkin和Rex Garrod，他们在20世纪80年代主持的电视节目《机器的秘密生活》（The Secret Life of Machines）对我有巨大的影响。本书中的打印机项目正是为了对标和模仿他们节目中所提到的传真机。
　　最后，我想说如果没有我的父母Fred和Pat Williams，我可能永远都不会做这件事情。如果在成长道路中没有他们的帮助和支持（如那些无止境供应的电脑器件和电子组件），我也许永远不会走向软件和电子这条路。我的整个童年都在制作和实验，那些电视节目中所提到的项目我都可以直接在我父亲做的设备中进行实验。希望本书可以帮助孩子们更多地像我童年一样，拥有充满兴奋和奇迹的经历。
　　
　　
　　---------------------------自己动手构造编译系统：编译、汇编与链接---------------------------
　　
　　
　　本书适合谁读
　　本书是一本描述编译系统实现的书籍。这里使用“编译系统”一词，主要是为了与市面上描述编译器实现的书籍进行区分。本书描述的编译系统不仅包含编译器的实现，还包括汇编器、链接器的实现，以及机器指令与可执行文件格式的知识。因此，本书使用“编译系统”一词作为编译器、汇编器和链接器的统称。
　　本书的目的是希望读者能通过阅读本书清晰地认识编译系统的工作流程，并能自己尝试构造一个完整的编译系统。为了使读者更容易理解和学习编译系统的构造方法，本书将描述的重点放在编译系统的关键流程上，并对工业化编译系统的实现做了适当的简化。如果读者对编译系统实现的内幕感兴趣，或者想自己动手实现一个编译系统的话，本书将非常适合你阅读。
　　阅读本书，你会发现书中的内容与传统的编译原理教材以及描述编译器实现的书籍有所不同。本书除了描述一个编译器的具体实现外，还描述了一般书籍较少涉及的汇编器和链接器的具体实现。而且本书并非“纸上谈兵”，在讲述每个功能模块时，书中都会结合具体实现代码来阐述模块功能的实现。通过本书读者将会学习如何使用有限自动机构造词法分析器，如何将文法分析算法应用到语法分析过程，如何使用数据流分析进行中间代码的优化，如何生成合法的汇编代码，如何产生二进制指令信息，如何在链接器内进行符号解析和重定位，如何生成目标文件和可执行文件等。
　　本书的宗旨是为意欲了解或亲自实现编译系统的读者提供指导和帮助。尤其是计算机专业的读者，通过自己动手写出一个编译系统，能加强读者对计算机系统从软件层次到硬件层次的理解。同时，深入挖掘技术幕后的秘密也是对专业兴趣的一种良好培养。GCC本身是一套非常完善的工业化编译系统（虽然我们习惯上称它为编译器），然而单凭个人之力无法做到像GCC这样完善，而且很多时候是没有必要做出一个工程化的编译器的。本书试图帮助读者深入理解编译的过程，并能按照书中的指导实现一个能正常工作的编译器。在自己亲自动手实现一个编译系统的过程中，读者获得的不仅仅是软件开发的经历。在开发编译系统的过程中，读者还会学习很多与底层相关的知识，而这些知识在一般的专业教材中很少涉及。
　　如果读者想了解计算机程序底层工作的奥秘，本书能够解答你内心的疑惑。如果读者想自定义一种高级语言，并希望使该语言的程序在计算机上正常运行，本书能帮助你较快地达到目的。如果读者想从实现一个编译器的过程中，加强对编译系统工作流程的理解，并尝试深入研究GCC源码，本书也能为你提供很多有价值的参考。
　　基础知识储备
　　本书尽可能地不要求读者有太多的基础知识准备，但是编译理论属于计算机学科比较深层次的知识领域，难免对读者的知识储备有所要求。本书的编译系统是基于Linux x86平台实现的，因此要求读者对Linux环境的C/C++编程有所了解。另外，理解汇编器的实现内容需要读者对x86的汇编指令编程比较熟悉。本书不会描述过多编译原理教材中涉及的内容，所以要求读者具备编译原理的基础知识。不过读者不必过于担心，本书会按照循序渐进的方式描述编译系统的实现，在具体的章节中会将编译系统实现的每个细节以及所需的知识阐述清楚。
　　本书内容组织
　　本书共7章，各章的主要内容分别如下。
　　第1章代码背后
　　从程序设计开始，追溯代码背后的细节，引出编译系统的概念。
　　第2章编译系统设计
　　按照编译系统的工作流程，介绍本书编译系统的设计结构。
　　第3章编译器构造
　　描述如何使用有限自动机识别自定义高级语言的词法记号，如何使用文法分析算法识别程序的语法模块，如何对高级语言上下文相关信息进行语义合法性检查，如何使用语法制导翻译进行代码生成，以及编译器工作时符号信息的管理等。
　　第4章编译优化
　　介绍中间代码的设计和生成，如何利用数据流分析实现中间代码优化，如何对变量进行寄存器分配，目标代码生成阶段如何使用窥孔优化器对目标代码进行优化。
　　第5章二进制表示
　　描述Intel x86指令的基本格式，并将AT&T汇编与Intel汇编进行对比。描述ELF文件的基本格式，介绍ELF文件的组织和操作方法。
　　第6章汇编器构造
　　描述汇编器词法分析和语法分析的实现，介绍汇编器如何提取目标文件的主要表信息，并描述x86二进制指令的输出方法。
　　第7章链接器构造
　　介绍如何为可重定位目标文件的段进行地址空间分配，描述链接器符号解析的流程，以及符号地址的计算方法，并介绍重定位在链接器中的实现。
　　随书源码
　　本书实现的编译系统代码已经托管到github，源码可以使用GCC 5.2.0编译通过。代码的github地址是https://github.com/fanzhidongyzby/cit。代码分支x86实现了基于Intel x86体系结构的编译器、汇编器和链接器，编译系统生成的目标文件和可执行文件都是Linux下标准的ELF文件格式。代码分支arm实现了基于ARM体系结构的编译器，目前支持生成ARM 7的汇编代码。
　　

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　　---------------------------自己动手构造编译系统：编译、汇编与链接---------------------------
　　
　　
　　爱因斯坦曾说过：“好奇心是科学工作者产生无穷的毅力和耐心的源泉。”
　　对于实现一个编译系统来说，打通编译、汇编和链接的全部流程确非易事。然而，当我满怀新奇地将问题抽丝剥茧，最终触及本质的那一刻，才体会到所有的坚持和努力都是值得的。那些抱着和我当初一样好奇心的人，想必也是为了解开心中长埋的疑惑而翻开此书的吧。从对程序语言在计算机上如何运行的不解，到看到自己设计的程序语言执行出正确结果的兴奋，也许只有好奇心才能驱使我们在这条看似枯燥的探索道路上一步一个脚印地走下去。最后套用一句名言：“Stay curious, Stay patient.”希望看到本书的人，能找到心中一直想要的答案。
　　——范志东
　　
　　本书介绍编译器设计与实现中的理论和技术，对构造编译器的基本知识与关键技术进行了全新的讲解，受众主要是计算机相关专业的本科生和研究生，以及需要相关知识的程序员，也可以作为教师的参考书。这是近年来在该领域比较全面的一本专业书籍。爱因斯坦曾说过：“好奇心是科学工作者产生无穷的毅力和耐心的源泉。”
　　对于实现一个编译系统来说，打通编译、汇编和链接的全部流程确非易事。然而，当我满怀新奇地将问题抽丝剥茧，最终触及本质的那一刻，才体会到所有的坚持和努力都是值得的。那些抱着和我当初一样好奇心的人，想必也是为了解开心中长埋的疑惑而翻开此书的吧。从对程序语言在计算机上如何运行的不解，到看到自己设计的程序语言执行出正确结果的兴奋，也许只有好奇心才能驱使我们在这条看似枯燥的探索道路上一步一个脚印地走下去。最后套用一句名言：“Stay
　　curious, Stay patient.”希望看到本书的人，能找到心中一直想要的答案。
　　——范志东
　　本书介绍编译器设计与实现中的理论和技术，对构造编译器的基本知识与关键技术进行了全新的讲解，受众主要是计算机相关专业的本科生和研究生，以及需要相关知识的程序员，也可以作为教师的参考书。这是近年来在该领域比较全面的一本专业书籍。
　　—— 葛永文
　　科锐安网络公司全球副总裁兼大中国区总裁
　　本书*大的亮点是它具有很强的应用性和可读性。作者不是从复杂深奥的计算机编译理论入手，而是在各个章节中使用有代表性的程序模块作为范例，将它们放入编译系统中运行以描述它们的编译过程，然后对代码和结果给出详细的诠释。
　　这就像对编译过程进行细致解剖一样。我相信本书会大大降低编译系统理解的门槛，提高读者对编译系统的兴趣。
　　—— 梁红卫
　　南京大学少年班本科
　　中科院自动化所硕士
　　佐治亚理工学院PHD
　　定居美国，现就职于Maxim 集成芯片公司
　　本书知识量很大，作者叙述清晰。基于作者完整实现编译系统的*一手经验和体会，本书集合了所有的主要步骤，对编译原理课堂项目的选题、编程具有非常好的借鉴作用。完整的可运行示例代码使得专注于编译系统的一个特定模块的课堂项目实践更加真实。本书将有力地促进编译原理的实践教学。
　　—— Jian Cheng (程坚)
　　CEO, Analytic Measures Inc., Palo Alto, California, USA
　　正如作者在前言中所言，这本书既能帮助读者在学习编译原理时通过阅读分析这些代码从而加深理解，也能让有兴趣的读者在此基础上进一步进行实践。即便对普通的计算机编程人员而言，通过本书也能了解到不同方面的东西。就我个人而言，虽然熟知优化过程中的那些概念，但*一次看到了那些方法的具体实现仍让我很高兴。尤其是寄存器分配一节，让我更加理解了程序的局部性原则。总之，这是一本值得拥有的好书。
　　—— 王晓云
　　前Nokia高级软件架构师