構建編譯器的實踐方法一直在不斷變化，部分是因為處理器和系統(tǒng)的設計會發(fā)生變化。例如，當我們在1998年開始寫作本書初版時，一些同事對書中指令調度方面的內容頗感疑惑，因為亂序執(zhí)行威脅到了指令調度，很有可能會使其變得不再重要�，F(xiàn)在第2版已經(jīng)付印，隨著多核處理器的崛起和爭取更多核心的推動，順序執(zhí)行流水線再次展現(xiàn)吸引力，因為這種流水線占地較少，設計者能夠將更多核心放置在一塊芯片上。短期內，指令調度仍然很重要。
　　同時，編譯器構建社區(qū)還將繼續(xù)產(chǎn)生新的思路和算法，并重新發(fā)現(xiàn)原本有效但在很大程度上卻被遺忘的舊技術。圍繞著寄存器分配中弦圖（chordal graph）使用（參見13.5.2節(jié)）的最新研究頗為令人振奮。該項工作承諾可以簡化圖著色分配器（graph-coloring allocator）的某些方面。Brzozowski的算法是一種DFA最小化技術，可以追溯到20世紀60年代早期，但卻已有數(shù)十年未在編譯器課程中講授了（參見2.6.2節(jié)）。 該算法提供了一種容易的路徑，可以從子集構造（subset construction）的實現(xiàn)得到一個最小化DFA的實現(xiàn)。編譯器構建方面的現(xiàn)代課程本該同時包括這兩種思想。
　　那么，為了讓學習者準備好進入這個不斷變化的領域，我們該如何設計編譯器構建課程的結構呢？我們相信，這門課應該使每個學生學會建立新編譯器組件和修改現(xiàn)存編譯器所需的各項基本技能。學生既需要理解籠統(tǒng)的概念，如鏈接約定中隱含的編譯器、鏈接器、裝載器和操作系統(tǒng)之間的協(xié)作，也需要理解微小的細節(jié)，如編譯器編寫者如何減少每個過程調用時保存寄存器的代碼總共所占的空間。
　　第2版中的改變
　　本書提供了兩種視角：編譯器構建領域中各問題的整體圖景，以及各種可選算法方案的詳細討論。在構思本書的過程中，我們專注于該書的可用性，使其既可作為教科書，又可用做專業(yè)人士的參考書。為此，我們特別進行了下述改動。
　　改進了闡述思想的流程，以幫助按順序閱讀本書的學生。每章章首簡介會解釋該章的目的，列出主要的概念，并概述主題相關內容。書中的示例已經(jīng)重寫過，使得章與章之間的內容具有連續(xù)性。此外，每章都從摘要和一組關鍵詞開始，以幫助那些會將本書用做參考書的讀者。
　　在每節(jié)末尾都增加了本節(jié)回顧和復習題。復習題用于快速檢查讀者是否理解了該節(jié)的要點。
　　關鍵術語的定義放在了它們被首次定義和討論的段落之后。
　　大量修訂了有關優(yōu)化的內容，使其能夠更廣泛地涵蓋優(yōu)化編譯器的各種可能性。
　　現(xiàn)在的編譯器開發(fā)專注于優(yōu)化和代碼生成。對于新雇用的編譯器編寫者來說，他們往往會被指派去將代碼生成器移植到新處理器，或去修改優(yōu)化趟，而不會去編寫詞法分析器或語法分析器。成功的編譯器編寫者必須熟悉優(yōu)化（如靜態(tài)單賦值形式的構建）和代碼生成領域當前最好的實踐技術（如軟件流水線）。他們還必須擁有相關的背景和洞察力，能理解未來可能出現(xiàn)的新技術。最后，他們必須深刻理解詞法分析、語法分析和語義推敲（semantic elaboration）技術，能構建或修改編譯器前端。
　　本書是一本教科書、一門教程，幫助學生接觸到現(xiàn)代編譯器領域中的各種關鍵問題，并向學生提供解決這些問題所需的背景知識。從第1版開始，我們就維持了各主題之間的基本均衡。前端是實用組件，可以從可靠的廠商購買或由某個開源系統(tǒng)改編而得。但是，優(yōu)化器和代碼生成器通常是對特定處理器定制的，有時甚至針對單個處理器型號定制，因為性能嚴重依賴于所生成代碼的底層細節(jié)。這些事實影響到了當今構建編譯器的方法，它們也應該影響我們講授編譯器構建課程的方法。
　　本書結構
　　本書內容劃分為篇幅大致相等的四個部分。
　　第一部分（第2章～第4章）涵蓋編譯器前端及建立前端所用工具的設計和構建。
　　第二部分（第5章～第7章）探討從源代碼到編譯器的中間形式的映射，這些章考查前端為優(yōu)化器和后端所生成代碼的種類。
　　第三部分（第8章～第10章）介紹代碼優(yōu)化。第8章提供對優(yōu)化的概述。第9章和第10章包含了對分析和轉換的更深入的處理，本科課程通常略去這兩章。
　　第四部分（第11章～第13章）專注于編譯器的后端所使用的算法。
　　編譯的藝術性與科學性
　　編譯器構建的內容有兩部分，一是將理論應用到實踐方面所取得的驚人成就，一是對我們能力受限之處的探討。這些成就包括：現(xiàn)代詞法分析器是通過應用正則語言的理論自動構建識別器而建立的；LR語法分析器使用同樣的技術執(zhí)行句柄識別，進而驅動了一個移進歸約語法分析器；數(shù)據(jù)流分析巧妙有效地將格理論應用到程序分析中；代碼生成中使用的近似算法為許多真正困難的問題提供了較好的解。
　　另一方面，編譯器構建也揭示了一些難以解決的復雜問題。用于現(xiàn)代處理器的編譯器后端對兩個以上的NP完全問題（指令調度、寄存器分配，也許還包括指令和數(shù)據(jù)安排）采用了近似算法來獲取答案。這些NP完全問題，雖然看起來與諸如表達式的代數(shù)重新關聯(lián)這種問題相近（示例見圖7-1）。但后者有著大量的解決方案，更糟的是，對于這些NP完全問題來說，所要的解往往取決于編譯器和應用程序代碼中的上下文信息。在編譯器對此類問題近似求解時，會面臨編譯時間和可用內存上的限制。好的編譯器會巧妙地混合理論、實踐知識、技術和經(jīng)驗。
　　打開一個現(xiàn)代優(yōu)化編譯器，你會發(fā)現(xiàn)各式各樣的技術。編譯器使用貪婪啟發(fā)式搜索來探索很大的解空間，使用確定性有限自動機來識別輸入中的單詞。不動點算法被用于推斷程序行為，通過定理證明程序和代數(shù)化簡器來預測表達式的值。編譯器利用快速模式匹配算法將抽象計算映射到機器層次上的操作。它們使用線性丟番圖方程和普瑞斯伯格算術（Pressburger arithmetic）來分析數(shù)組下標。最后，編譯器使用了大量經(jīng)典的算法和數(shù)據(jù)結構，如散列表、圖算法和稀疏集實現(xiàn)方法等。
　　本書嘗試同時闡釋編譯器構建的藝術和科學這兩方面內容。通過選取足夠廣泛的題材，向讀者表明，確實存在一些折中的解決方案，而設計決策的影響可能是微妙而深遠的。另一方面，本書也省去了某些長期以來都列入本科編譯器構建課程的技術，隨著市場、語言和編譯器技術或工具可用性方面的改變，這些技術已變得不那么重要了。
　　講述方法
　　編譯器構建是一種工程設計實踐。每個方案的成本、優(yōu)點和復雜程度各異，編譯器編寫者必須在多種備選方案中做出抉擇。每個決策都會影響到最終的編譯器。最終產(chǎn)品的質量，取決于抉擇過程中所做的每一個理性決斷。
　　因而，對于編譯器中的許多設計決策來說，并不存在唯一的正確答案。即使在“理解透徹”和“已解決”的問題中，設計和實現(xiàn)中的細微差別都會影響到編譯器的行為及其產(chǎn)生的代碼的質量。每個決策都涉及許多方面。舉例來說，中間表示的選擇對于編譯器中其余部分有著深刻的影響，無論是時間和空間需求，還是應用不同算法的難易程度。但實際上確定該決策時，通�？晒┰O計者考慮的時間并不多。第5章考察了中間表示的空間需求，以及其他一些應該在選擇中間表示時考慮的問題。在本書中其他地方，我們會再次提出該問題，既會在正文中直接提出，也會在習題里間接提出。
　　本書探索了編譯器的設計空間，既從深度上闡釋問題，也從廣度上探討可能的答案。它給出了這些問題的某些解決方法，并說明了使用這些方案的約束條件。編譯器編寫者需要理解這些問題及其答案，以及所作決策對編譯器設計的其他方面的影響。只有這樣，編寫者才能作出理性和明智的選擇。
　　思想觀念
　　本書闡釋了我們在構建編譯器方面的思想觀念，這是在各自超過25年的研究、授課和實踐過程中發(fā)展起來的。例如，中間表示應該展示最終代碼所關注的那些細節(jié)，這種理念導致了對底層表示的偏愛。又比如，值應該駐留在寄存器中，直至分配器發(fā)現(xiàn)無法繼續(xù)保留它為止，這種做法產(chǎn)生了使用虛擬寄存器的例子，以及僅在無可避免時才將值存儲到內存的例子。每個編譯器都應該包括優(yōu)化，它簡化了編譯器其余的部分。多年以來的經(jīng)驗，使得我們能夠理性地選擇書的主題和展現(xiàn)方式。
　　關于編程習題的選擇
　　編譯器構建方面的課程，提供了在一個具體應用程序（編譯器）環(huán)境中探索軟件設計問題的機會，任何具備編譯器構建課程背景的學生，都已經(jīng)透徹理解了該應用程序的基本功能。在多數(shù)編譯器設計課程中，編程習題發(fā)揮了很大的作用。
　　我們以這樣的方式講授過這門課：學生從頭到尾構建一個簡單的編譯器，從生成的詞法分析器和語法分析器開始，結束于針對某個簡化的RISC指令集的代碼生成器。我們也以另一種方式講授過這門課程，學生編寫程序來解決各個良好自包含的問題，諸如寄存器分配或指令調度。編程習題的選擇實際上非常依賴于本課程在相關課程中所扮演的角色。
　　在某些學校，編譯器課程充當高年級的頂級課程，將來自許多其他課程的概念匯集到一個大型的實際設計和實現(xiàn)項目中。在這樣的課程中，學生應該為一門簡單的語言編寫一個完整的編譯器，或者修改一個開源的編譯器，以支持新的語言或體系結構特性。這門課程可以按本書的內容組織，從頭到尾講授本書的內容。
　　在另外一些學校，編譯器設計出現(xiàn)在其他課程中，或以其他方式呈現(xiàn)在教學中。此時，編譯器設計教師應該專注于算法及其實現(xiàn)，比如局部寄存器分配器或樹高重新平衡趟這樣的編程習題。在這種情況下，可以選擇性講解本書中的內容，也可以調整講述的順序，以滿足編程習題的需求。例如，在萊斯大學，我們通常使用簡單的局部寄存器分配器作為第一個編程習題，任何具有匯編語言編程經(jīng)驗的學生，都可以理解該問題的基本要素。但這種策略，需要讓學生在學習第2章之前，首先接觸第13章的內容。
　　不管采用哪種方案，本課程都應該從其他課程取材。在計算機組織結構、匯編語言編程、操作系統(tǒng)、計算機體系結構、算法和形式語言之間，存在著明顯的關聯(lián)。盡管編譯器構建與其他課程的關聯(lián)不那么明顯，但這種關聯(lián)同等重要。第7章中討論的字符復制，對于網(wǎng)絡協(xié)議、文件服務器和Web服務器等應用程序的性能而言，都發(fā)揮著關鍵的作用。第2章中用于詞法分析的技術可以應用到文本編輯和URL過濾等領域。第13章中自底向上的局部寄存器分配器是最優(yōu)離線頁面替換算法MIN的“近親”。
　　補充材料
　　還有一些補充的資源可用，可幫助讀者改編本書的內容，使之適用于自己的課程。這包括作者在萊斯大學講授這門課程的一套完整的講義以及習題答案。讀者可以聯(lián)系本地的Elsevier業(yè)務代表，詢問如何獲取這些補充材料 。
　　致謝
　　許多人參與了第1版的出版工作，他們的貢獻也體現(xiàn)在第2版中。許多人指出了第1版中的問題，包括Amit Saha、Andrew Waters、Anna Youssefi、Ayal Zachs、Daniel Salce、David Peixotto、Fengmei Zhao、Greg Malecha、Hwansoo Han、Jason Eckhardt、Jeffrey Sandoval、John Elliot、Kamal Sharma、Kim Hazelwood、Max Hailperin、Peter Froehlich、Ryan Stinnett、Sachin Rehki、Sa·nak Ta··rlar、Timothy Harvey和Xipeng Shen，在此向他們致謝。我們還要感謝第2版的審閱者，包括Jeffery von Ronne、Carl Offner、David Orleans、K. Stuart Smith、John Mallozzi、Elizabeth White和Paul C. Anagnostopoulos。Elsevier的產(chǎn)品團隊，特別是Alisa Andreola、Andre Cuello和Megan Guiney，在將草稿轉換成書的過程中發(fā)揮了關鍵作用。所有這些人都以其深刻的洞察力和無私的幫助，從各個重要方面提升了本書的質量。
　　最后，在過去5年中，無論是從精神方面，還是從知識方面，許多人都為我們提供了莫大的支持。首先，我們的家庭和萊斯大學的同事都在不斷地鼓勵我們。特別感謝小女Christine和Carolyn，她們耐心容忍了無數(shù)次關于編譯器構建方面各種主題的長時間討論。Nate McFadden以其耐心和出色的幽默感，從開始到出版，一直指導著本書的工作。Penny Anderson對于日常行政事務管理方面的幫助對于本書的完成至關重要。對所有這些人，我們表示衷心的感謝。