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编译技术课程设计报告书
课程设计报告
(2013–2014年度第1学期)
名称:
编译技术课程设计A
题目:
L语言编译器的设计与实现
院系:
计算机系
班级:
软件1101
学号:
学生姓名:
指导教师:
鲁斌王新颖
设计周数:
2周
成绩:
日期:
2013年12月27日
《编译技术》课程设计
任务书
一、目的与要求
1.任务:
实现一个简单的编译程序,能够对指定程序设计语言进行编译。
2.目的:
加深对课堂讲授知识的理解,熟练掌握编译程序设计原理及常用的技术,建立编译程序的整体概念,使得学生初步具有研究、设计、编制和调试编译程序的能力。
3.要求:
熟悉有关定义、概念和实现算法,设计出程序流程框图和数据结构,编写出完整的源程序,进行静态检查,设计出输入数据、显示输出数据;基本功能完善,方便易用,操作无误;通过课程设计学会编译程序设计与实现的常用技术,具备初步分析、设计和开发编译程序的能力,具备分析与检查软件错误、解决和处理实验结果的能力。
4.学生要求人数:
2人,1人负责扫描器和目标代码生成器的设计和实现,另1人负责语法分析器和语法制导翻译程序的设计和实现。
二、主要内容
下面是课程设计主要内容的简介,详细内容请见《编译技术课程设计指导书》。
1.扫描器设计
该扫描器是一个子程序,其输入是源程序字符串,每调用一次输出一个单词符号。
为了避免超前搜索,提高运行效率,简化扫描器的设计,假设程序设计语言中,基本字不能用作一般标识符,如果基本字、标识符和常数之间没有确定的运算符或界符作间隔,则用空白作间隔。
2.语法分析器设计
以算法优先分析方法为例,设计一个算符优先语法分析程序。
算符优先分析属于自下而上的分析方法,该语法分析程序的输入是终结符号串(即单词符号串,以一个“#”结尾),如果输入串是句子则输出“YES”,否则输出“NO”和错误信息。
当然,也可采用预测分析等方法设计语法分析器,具体方法自定。
3.语法制导翻译程序设计
采用语法制导翻译方法,实现算术表达式、赋值语句和基本控制语句等的翻译。
本语法制导翻译程序的输入是终结符号串(即单词符号串,以一个“#”结尾),如果输入符号串是句子,则按照其语义进行翻译,输出等价的四元式序列。
4.目标代码生成器设计
将程序设计语言的中间代码程序翻译为目标代码程序,其输入是四元式序列,输出是一个汇编代码文件。
三、进度计划
序号
设计内容
完成时间
备注
1
任务布置,资料查询,方案制定
第一周周一
2
算法设计,程序实现
第一周周二至第二周周四
3
撰写报告,软件验收
第二周周五
4
四、设计成果要求
1.完成规定的课程设计任务,所设计软件功能符合要求;
2.完成课程设计报告,要求格式规范,内容具体而翔实,应体现自身所做的工作,注重对设计思路的归纳和对问题解决过程的总结。
五、考核方式
1.平时成绩+验收答辩+实验报告;
2.五级分制。
学生姓名:
指导教师:
鲁斌王新颖
2013年12月16日
本组组员:
由我负责语法和语义分析。
一、课程设计的目的与要求
1.1目的
通过设计、编制、调试一个典型的语法分析程序,实现对词法分析程序所提供的单词序列进行语法检查和结构分析,进一步掌握常用的语法分析方法。
1.2任务
在词法分析程序产生的token文件、符号表文件基础上,完成语法和语义分析,产生相应的中间代码——四元式序列。
在此,可把语法/语义分析作为独立的一遍进行处理。
图1-1
采用如下四元式:
操作码助记符
四元式
意义
:
=
(51,a,0,r)
r←a
+
(43,a,b,r)
r←a+b
-
(45,a,b,r)
r←a-b
*
(41,a,b,r)
r←a*b
/
(48,a,b,r)
r←b/a
j<
(53,a,b,n)
若a
j<=
(54,a,b,n)
若a<=b转至第n个四元式
j>
(57,a,b,n)
若a>b转至第n个四元式
j>=
(58,a,b,n)
若a>=b转至第n个四元式
j=
(56,a,b,n)
若a=b转至第n个四元式
j
(52,0,0,n)
转至第n个四元式
j<>
(55,a,b,n)
若a<>b转至第n个四元式
表1-1
二、课程设计正文
2.1语法结构如下:
L语言定义
程序定义:
〈程序〉→program〈标识符〉〈程序体〉.
〈程序体〉→〈变量说明〉〈复合句〉
变量定义:
〈变量说明〉→var〈变量定义〉|ε
〈变量定义〉→〈标识符表〉:
〈类型〉;|〈标识符表〉:
〈类型〉;〈变量定义〉
〈标识符表〉→〈标识符〉,〈标识符表〉|〈标识符〉
语句定义:
〈复合句〉→begin〈语句表〉end
〈语句表〉→〈执行句〉;〈语句表〉|〈执行句〉
〈执行句〉→〈简单句〉|〈结构句〉
〈简单句〉→〈赋值句〉
〈赋值句〉→〈变量〉:
=〈表达式〉
〈变量〉→〈标识符〉
〈结构句〉→〈复合句〉|〈if句〉|〈WHILE句〉
〈if句〉→if〈布尔表达式〉then〈执行句〉|if〈布尔表达式〉then〈执行句〉else〈执行句〉
〈while句〉→while〈布尔表达式〉do〈执行句〉
表达式定义:
〈表达式〉→〈算术表达式〉|〈布尔表达式〉
〈算术表达式〉→〈算术表达式〉+〈项〉|〈算术表达式〉-〈项〉|〈项〉
〈项〉→〈项〉*〈因子〉|〈项〉/〈因子〉|〈因子〉
〈因子〉→〈算术量〉|(〈算术表达式〉)
〈算术量〉→〈标识符〉|〈整数〉|〈实数〉
〈布尔表达式〉→〈布尔表达式〉or〈布尔项〉|〈布尔项〉
〈布尔项〉→〈布尔项〉and〈布尔因子〉|〈布尔因子〉
〈布尔因子〉→not〈布尔因子〉|〈布尔量〉
〈布尔量〉→〈布尔常数〉|〈标识符〉|(〈布尔表达式〉)|〈关系表达式〉
〈关系表达式〉→〈标识符〉〈关系运算符〉〈标识符〉
〈关系运算符〉→〈|〈=|=|〉=|〉|〈〉
类型定义:
〈类型名〉→integer|bool|real
单词定义:
〈标识符〉→〈字母〉|〈标识符〉〈字母〉|〈标识符〉〈数字〉
〈整数〉→〈数字〉|〈整数〉〈数字〉
〈实数〉→〈整数〉.|〈实数〉〈数字〉
〈布尔常数〉→true|false
字符定义:
〈字母〉→A│B│C│D│E│F│G│H│I│J│K│L│M│N│O│P│Q│R│S│T│
U│V│W│X│Y│Z│a│b│c│d│e│f│g│h│i│j│k│l│m│n│o│
p│q│r│s│t│u│v│w│x│y│z
〈数字〉→0│1│2│3│4│5│6│7│8│9
源程序书写格式规定
(1)单词必须在一行内写完,即:
一个单词不能分两行写;
(2)源程序语句的书写采用自由格式,即:
一行可写多个语句,一个语句也可分多行写;
(3)源程序不含注释;
(4)语句以“;”结束,“end”前的一个语句的“;”不可以省略。
2.2数据结构
(1)输入
token文件、符号表文件,其数据结构与词法分析产生的文件相同。
(2)输出
●四元式序列文件,其纪录结构如下:
publicclassFourPart
{
publicstringOp{get;set;}
publicstringStrLeft{get;set;}
publicstringStrRight{get;set;}
publicstringJumpNum{get;set;}
publicboolInput{get;set;}
}
●符号表文件的结构与输入相同,语法分析中对于符号表不做操作。
2.3程序结构说明
为方便编程,将语言文法整理如下:
L→S|S;L
S→id:
=E
S→ifBthenS
S→ifBthenSelseS
S→whileBdoS
S→beginLend
变量说明语句的文法:
S→varD|ε
D→L:
K;|L:
K;D
L→i,L|i
K→integer|bool|real
其中,B表示布尔表达式,E表示算术表达式
可采用递归下降分析法或其它方法进行语法分析。
语法/语义分析程序可划分为三个模块,结构如下:
图2-1
parser为主程序模块,Declear为说明语句分析模块,L_begin为复合语句分析模块。
其中L_begin结构图如下:
图2-2
2.4经常使用的过程和函数:
(1)语法分析器
主要算法思想:
采用递归下降的方法,根据L语言的定义,依次排除错误情况,最后得出正确的分析结果。
关键在于函数嵌套时层次清晰正确。
●voidparser():
主要函数,通过if语句判断程序体的结构是否正确。
有关键字program和方法名的错误提醒。
●voidProBody():
程序体函数,通过if语句的判断确定程序体是变量说明或复合句。
若错误则有缺少var或缺少begin的提示。
●voidVarDef():
变量定义函数,确保变量说明的正确结构。
●voidComSent():
复合句函数,确保复合句大致结构的正确性。
如果错误将有缺少end的提醒。
●voidExpression():
表达式,对算术表达式和布尔表达式进行判断。
分别转入相应的子函数。
主要函数:
图2-3
(2)语义分析器
主要算法思想:
在语法分析的基础上插入相应的语义动作:
将输入串翻译成四元式序列。
需要进行四元式翻译的只有赋值语句、表达式和if语句、while语句等控制语句。
因此在进行语法分析的过程中只对需要翻译成四元式的输入串进行操作。
建立一个关于四元式的结构体和一个临时变量NewTemp。
●Emit(stringop,stringsrtLeft,stringstrRight,stringjumpNum):
生成四元式
●NewTemp():
产生一个临时变量,返回其在符号表中的入口地址
●BackPatch(intaddr,intaddr2):
回填函数,完成四元式转移目标的回填
●其他函数与语法分析类似。
三、课程设计总结或结论
本次实验比较有难度,刚开始没有思路感觉无从下手,也不太明确最终的结果是什么样子。
虽然安排两周的时间,但是总体看来时间还是有些紧张。
在第一天看了很多资料和指导书之后,我和队友对任务有了一个大概的了解和掌握。
分工后我负责语法和语义的分析。
在语法分析时最后采用递归下降的方法根据L语言的定义对输入的字符串进行排错。
如果最后没有错误出现则说明是正确的。
因为程序分为了好多函数嵌套,所以在进行编程之前先对彼此之间的逻辑关系进行了梳理。
这节省了不少调试的时间。
当然之间也出现过不少的错误,很大程度上考验了我的耐心。
在语义分析器的处理上虽然思路清楚,但是也遇到了问题,即如何回填的问题。
最后在同学的帮助下终于得到解决。
此次实验出现的许多问题一方面让我感受到实际与理论之间的差距,另一方面让我再次巩固了编程的基础知识,也学到了许多书本上学不到的东西。
我认为这其间最重要的是锻炼了我自己解决实际问题的能力和自学能力。
通过对问题的处理也加强了我更上一层楼的决心。
最后,感谢老师的指导!
四、参考文献
【1】陈火旺,刘春林等.程序设计语言编译原理.国防工业出版社,第三版.2006.3
【2】宋雨,程晓荣,黄志强.计算机综合实验实践指导.清华大学出版社.2004.2
【3】黄贤英、王柯柯,编译原理及实践教程。
北京:
清华大学出版社
【4】马知行、曹启君,编译方法。
机械工业出版社
附录(设计流程图、程序、表格、数据等)
设计流程图:
Y
N
Y
NN
YY
..
..
..
程序:
语法分析:
usingSystem;
usingSystem.Collections.Generic;
usingSystem.Linq;
usingSystem.Text;
namespace编译
{
publicclassGrammar
{
List
List
publicstringerror="";
inti=0;
publicGrammar(Morphologym)
{
tokens=m.tokens;
symbles=m.symbles;
parser();
}
privatevoidNext()
{
if(i { i++; } } privatevoidBefore() { if(i>0) { i--; } } #region主要函数 privatevoidparser() { if(tokens[i].Code==12)//含有program { Next(); if(tokens[i].Code==18)//是标识符用于方法名 { //执行程序体 Next(); ProBody();} else { error="该程序program缺少方法名"; } } else { error="该程序缺少关键字: program"; } } #endregion #region程序体 privatevoidProBody() { if(tokens[i].Code==16)//判断var { Next(); VarDef(); } elseif(tokens[i].Code==2)//判断begin { Next(); ComSent();//复合句 } else { error="程序体缺少var或begin"; } } #endregion #region变量定义 privatevoidVarDef(){ if(IsIdlist()){ Next(); if(tokens[i].Code==29)//: { Next(); if(tokens[i].Code==9||tokens[i].Code==3||tokens[i].Code==13)//integer,bool,real<类型> { intj=i; j=j-2; symbles[tokens[j].Addr].Type=tokens[i].Code; j--; while(tokens[j].Code==28)//, { j--; symbles[tokens[j].Addr].Type=tokens[i].Code; } Next(); if(tokens[i].Code==30)//; { Next(); if(tokens[i].Code==2){ Next(); ComSent();//复合句 } else { VarDef();//不是则继续变量定义 } } else { error="变量定义后面缺少;"; } } else { error="变量定义缺少类型或类型定义错误"; return; } } else { error="var后面缺少冒号"; } } else { error="变量定义标识符出错"; } } #endregion #region判断是不是标识符表 privateboolIsIdlist() { if(tokens[i].Code==18)//标识符 { Next(); if(tokens[i].Code==28)//,如果是,则可以继续<标识符表> { Next(); returnIsIdlist(); } else//如果不是则结束 { Before(); returntrue; } } else { returnfalse; } } #endregion #region复合句〈复合句〉→begin〈语句表〉end privatevoidComSent() { SentList();//语句表 if(error=="") { if(tokens[i].Code==6)//end { return; } else { error="复合句末尾缺少end"; } } } #endregion #region语句表〈语句表〉→〈执行句〉;〈语句表〉|〈执行句〉 privatevoidSentList() { ExecSent();//执行句 if(error=="") { Next(); if(tokens[i].Code==30)//;如果有;则继续<语句表> { Next(); SentList(); } } } #endregion #region执行句〈执行句〉→〈简单句〉|〈结构句〉 privatevoidExecSent() { if(tokens[i].Code==18) { Next(); Declear();//赋值句 } elseif(tokens[i].Code==2||tokens[i].Code==8||tokens[i].Code==17)//beginifwhile〈结构句〉→〈复合句〉|〈if句〉|〈WHILE句〉 { L_Begin();//结构句 } else { Before(); } } #endregion #region赋值句〈赋值句〉→〈变量〉: =〈表达式〉 privatevoidDeclear() { if(tokens[i].Code==31)//: = { Next(); Expression();//<表达式> } else { error="赋值句变量后缺少: ="; } } #endregion #region表达式〈表达式〉→〈算术表达式〉|〈布尔表达式〉 privatevoidExpression() { if(tokens[i].Code==7||tokens[i].Code==15||(tokens[i].Addr! =-1&&symbles[tokens[i].Addr].Type==3))//falseture<布尔常数> { BoolExp();//〈布尔表达式〉→〈布尔表达式〉or〈布尔项〉|〈布尔项〉 } else//若不是布尔表达式则是算术表达式 { AritExp();} } #endregion #region布尔表达式 privatevoidBoolExp() { BoolItem(); if(error=="") { Next(); if(tokens[i].Code==11) { Next(); BoolExp(); } else//没有or则认为〈布尔表达式〉→〈布尔项〉 { Before(); } } else { return; } } #endregion #region布尔项〈布尔项〉→〈布尔项〉and〈布尔因子〉|〈布尔因子〉 privatevoidBoolItem() { BoolFactor();//布尔因子 if(error=="") { Next(); if(tokens[i].Code==1) { Next(); BoolItem();//<布尔项> } else { Before(); } } } #endregion #region布尔因子〈布尔因子〉→not〈布尔因子〉|〈布尔量〉 privatevoidBoolFactor() { if(tokens[i].Code==10) { Next(); BoolFactor();//<布尔因子> } else//否则是<布尔量> { BoolValue(); } } #endregion #region布尔量 privatevoidBoolValue() { if(tokens[i].Code==15||tokens[i].Code==7)//turefalse{ return; } elseif(tokens[i].Code==18)//标识符 { Next(); if(tokens[i].Code==34||tokens[i].Code==33||tokens[i].Code==32||tokens[i].Code==37||tokens[i].Code==36||tokens[i].Code==35) {//判断是否是<关系运算符> Next(); if(tokens[i].Code==18)//<标识符> { } else { error="关系运算符后缺少标识符"; } } else//否则认为是<标识符> { Before(); } } elseif(tokens[i].Code==21)//(有(则认为是(〈布尔表达式〉) { BoolExp();//布尔表达式 if(tokens[i].Code==22)//) { return; } else { error="布尔量中的布尔表达式缺少一个)"; } } else { error="布尔量出错"; } } #endregion #region算
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