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系统性交互课
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编译原理与编译器工程

面向已经掌握计算机科学基础的学习者，系统学习编译器从源代码到可执行程序的完整路径：词法、语法、语义、类型、IR、优化、代码生成、运行时、链接、虚拟机、JIT、可计算性与编译器工程实践。

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章节目录

第 1 章：编译器流水线与构建系统

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1.1 编译器到底做什么
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1.2 从源代码到可执行程序
•
1.3 解释器、编译器、AOT、JIT 与虚拟机
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1.4 课程项目：设计一门小语言和编译器

第 2 章：形式语言与有限自动机

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2.1 字母表、串、克林闭包与语言
•
2.2 正则语言与正则表达式
•
2.3 DFA 与 DFA 最小化
•
2.4 NFA 与 epsilon-NFA
•
2.5 词法分析中的 Regex 到 NFA 到 DFA

第 3 章：词法分析

•
3.1 Token、Lexeme、Pattern 与 Token Stream
•
3.2 最长匹配、关键字、标识符、字面量与注释
•
3.3 手写词法器与表驱动词法器
•
3.4 词法错误、源码位置与诊断

第 4 章：上下文无关语言与文法

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4.1 CFG、终结符、非终结符、产生式与开始符号
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4.2 推导、解析树与二义性
•
4.3 文法变换、左递归与左因子
•
4.4 CNF、CFG 与 PDA

第 5 章：自顶向下语法分析

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5.1 FIRST 与 FOLLOW 集
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5.2 LL(1) 文法与预测分析表
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5.3 递归下降分析
•
5.4 Pratt 表达式分析
•
5.5 Parser 错误恢复

第 6 章：自底向上语法分析

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6.1 Shift-Reduce 分析
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6.2 LR 项目与 LR 分析直觉
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6.3 SLR、LALR 与 LR(1)
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6.4 Shift/Reduce 与 Reduce/Reduce 冲突
•
6.5 Parser Generator

第 7 章：AST、符号表与名字解析

•
7.1 具体语法树与抽象语法树
•
7.2 AST 节点设计与源码范围
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7.3 作用域与符号表
•
7.4 声明、绑定、遮蔽与导入
•
7.5 前端架构

第 8 章：语义分析与类型检查

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8.1 静态类型检查与动态类型检查
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8.2 基础、复合、函数与用户自定义类型
•
8.3 类型等价、兼容、强制转换与显式转换
•
8.4 重载与类型推断基础
•
8.5 高质量语义诊断

第 9 章：运行时环境

•
9.1 程序内存布局
•
9.2 活动记录与栈帧
•
9.3 调用约定与参数传递
•
9.4 对象、虚表、闭包与捕获变量
•
9.5 垃圾回收、引用计数与所有权

第 10 章：中间表示

•
10.1 为什么编译器使用 IR
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10.2 三地址码
•
10.3 基本块与控制流图
•
10.4 支配关系与循环
•
10.5 SSA 形式与 Phi 节点

第 11 章：中间代码生成

•
11.1 AST 降低到 IR
•
11.2 表达式翻译
•
11.3 分支与循环的控制流翻译
•
11.4 IR 中的函数调用与返回
•
11.5 短路布尔代码生成

第 12 章：代码优化

•
12.1 常量折叠与常量传播
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12.2 公共子表达式消除
•
12.3 死代码消除
•
12.4 数据流分析框架
•
12.5 活跃性分析与循环优化
•
12.6 优化正确性与取舍

第 13 章：机器代码生成

•
13.1 指令选择
•
13.2 寄存器分配：图着色与线性扫描
•
13.3 栈帧布局
•
13.4 ABI 与调用约定细节
•
13.5 生成汇编

第 14 章：链接、加载与目标文件

•
14.1 目标文件与 Section
•
14.2 符号与重定位
•
14.3 静态链接与动态链接
•
14.4 共享库与符号可见性
•
14.5 调试信息与 Source Map

第 15 章：虚拟机、字节码与 JIT

•
15.1 栈式字节码与寄存器式字节码
•
15.2 字节码解释器
•
15.3 JIT 编译流水线
•
15.4 Inline Cache 与运行时 Profiling
•
15.5 LLVM、WebAssembly 与可移植后端

第 16 章：可计算性与编译器的边界

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16.1 图灵机
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16.2 可判定性与不可判定性
•
16.3 停机问题
•
16.4 为什么完美静态分析不可能
•
16.5 真实编译器中的实用折中

第 17 章：编译器测试、安全与工程

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17.1 单元、Golden、Snapshot 与集成测试
•
17.2 差分测试与 Fuzzing
•
17.3 未定义行为与 Sanitizer 风格工具
•
17.4 错误消息作为编译器 UX
•
17.5 维护编译器代码库

适合人群

已经学习过数据结构、算法、计算机组成、操作系统和至少一门系统编程语言，并希望深入理解程序如何被构建和执行的高级学习者

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