《编译原理》实验指导书.docx
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《编译原理》实验指导书
《编译原理》实验指导书
课程编码：
141402课程类别：
学科专业课
适用专业：
计算机科学与技术专业主要教学内容：
词法分析与语法分析
课程总学时：
64实验学时：
8
【实验目标要求】
《编译原理》课程是计算机专业的核心课程，是培养计算机技术高级人才的必修课程。
该课程通过程序设计语言和语言处理软件的理论与技术的教学，培养学生利用计算机语言处理技术进行系统分析和软件设计的能力。
<<编译原理>>是理论与实践并重的课程，这门实验课要综合运用一、二、三年级所学的多门课程的内容。
实验目标与要求；
1．学会用高级程序设计语言设计词法分析器。
2．学会用高级程序设计语言设计语法分析器。
【实验学习要求】
认真阅读《编译原理》教材中的与实验相关的章节内容，做到在每个实验前明确实验目的、掌握实验的内容，提前完成数据结构定义和算法设计；在实验中正确使用实验设备，认真设计与调试程序并分析实验结果；实验后要根据要求做好总结，上交实验报告。
【实验环境】
Windows操作系统，编程语言是C、C++集成调试环境采用TC或MicrosoftVisualStudio6。
【实验计划】
序
号
实验项目
名称
实验内容
学时
要求
性质
类别
所用主要仪
器及台套数
所在实验室
1
用C或者C++语言设计一个词法分析器
1. 确定编译中使用的表格、词法分析器的输出形式、标识符与关键字的区分方法。
2. 把词法分析器设计成一个独立的过程。
4
必做
设计
综合型
微机，每人一台。
计算机学院实验中心
2
用C或者C++语言设计一个语法分析器。
1. 词法分析和语法分析在一起实现。
2.把语法分析器设计成一个独的过程。
4
必做
设计
综合型
微机，每人一台。
计算机学院实验中心
【考核办法】
在机器上交作业，由实习教师给出优、良、中、及格、不及格。
【实验教材及主要参考资料】
教材：
《编译原理》，蒋立源等编著，西北工业大学出版社。
参考资料：
《编译原理实验》由清华大学编写。
实验一、词法分析器的设计
1．实验目的：
1.掌握词法分析的原理；
2.熟悉符号表的建立与单词的分类方法；
3.掌握词法分析器的设计与调试；
2．实验内容：
1.分析如表1所定义的PASCAL语言子集的语法，找出所有单词的组成及类别；
2.完成单词的分类及其编码；
3.完成保留字表、变量名表和常数表的结构设计；
4.建立识别单词符号集合的DFA；
5.由DFA设计词法分析程序；
6.调试并运行词法分析程序；
表1.PASCAL语言子集的语法定义
〈程序〉→〈变量说明〉BEGIN〈语句表〉END.
〈变量说明〉→VAR〈变量表〉：
〈类型〉；|〈空〉
〈变量表〉→〈变量表〉，〈变量〉|〈变量〉
〈类型〉→INTEGER
〈语句表〉→〈语句表〉；〈语句〉|〈语句〉
〈语句〉→〈赋值语句〉|〈条件语句〉|〈WHILE语句〉|〈复合语句〉|〈过程定义〉
〈赋值语句〉→〈变量〉∶=〈算术表达式〉
〈条件语句〉→IF〈关系表达式〉THEN〈语句〉ELSE〈语句〉
〈WHILE语句〉→WHILE〈关系表达式〉DO〈语句〉
〈复合语句〉→BEGIN〈语句表〉END
〈过程定义〉→PROCEDURE〈标识符〉〈参数表〉；BEGIN〈语句表〉END
〈参数表〉→（〈标识符表〉）|〈空〉
〈标识符表〉→〈标识符表〉，〈标识符〉|〈标识符〉
〈算术表达式〉→〈算术表达式〉+〈项〉|〈项〉
〈项〉→〈项〉*〈初等量〉|〈初等量〉
〈初等量〉→（〈算术表达式〉）|〈变量〉|〈无符号数〉
〈关系表达式〉→〈算术表达式〉〈关系符〉〈算术表达式〉
〈变量〉→〈标识符〉
〈标识符〉→〈标识符〉〈字母〉|〈标识符〉〈数学〉|〈字母〉
〈无符号数〉→〈无符号数〉〈数字〉|〈数字〉
〈关系符〉→=|＜|＜=|＞|＞=|＜＞
〈字母〉→A|B|C|…|X|Y|Z
〈数字〉→0|1|2|…|8|9
〈空〉→
提示：
（1）单词的分类。
可将所有标识符归为一类；将常数归为另一类；保留字和分隔符则可采取一词一类。
（2）符号表的建立。
可事先建立一保留字表，以备在识别保留字时进行查询。
变量名表及常数表则在词法分析过程中建立。
（3）单词串的输出形式。
所输出的每一单词，均按形如（CLASS，VALUE）的二元式编码。
对于变量标识符和常数，CLASS字段为相应的类别码，VALUE字段则是该标识符、常数在其符号表中登记项的序号（要求在变量名表登记项中存放该标识符的字符串，其最大长度为四个字符；常数表登记项中则存放该整数的二进制形式）。
对于保留字和分隔号，由于采用一词一类的编码方式，所以仅需在二元式的CLASS字段上放置相应的单词的类别码，VALUE字段则为“空”。
不过，为便于查看由词法分析程序所输出的单词串，也可以在CLASS字段上直接放置单词符号串本身。
3．测试用输入
测试用输入程序为。
Procedureprogram1（a,b）；
Begin
Varxyz=50;
Whilea>bdo
begin
Ifxyz=0then
xyz=50;
xyz:
=xyz-a;
a:
=a-1;
end
End
4．实验扩充：
构造语言的词法分析程序，要求识别出变量类型并记录相关信息。
5．实验说明：
实验环境：
WINDOWS下，工具为TurboC2.0或VisualC6.0。
6．实验考核方式：
1．提交实验报告
2．演示程序和答辩（抽查）
7．实验辅导
（1）词法分析程序的功能
词法分析程序又称为扫描器，其功能在于依次扫视字符串形式源程序中的各个字符，逐个识别出其中的单词，并将其转换为内部编码形式的单词符号串作确为输出。
通常，可采用二元式
（class，value）
来表示一个单词符号的内部编码，其中：
class为一整数码，用于表示该单词的类别；value则是该单词之值（如变量名在符号表中序号，常数的二进制表示，以及运算符和分隔符的编码等等）。
概括地说，扫描器在其工作过程中，一般应完成下列的任务：
（1）识别出源程序中的各个单词符号，并将其转换为内部编码形式；
（2）删除无用的空白字符、回车字符以及其它非实质性字符；
（3）删除注释；
（4）进行词法检查，报告所发现的错误。
此外，视编译工作流程的组织，一些编译程序在进行词法分析时，还要完成将所识别出的标识符登录到符号表的工作。
（2）实例分析
对于表2所列的各类单词符号，词法分析程序可按图1所示的状态转换图来构造。
表2一个语言的单词符号及分类码表
图1识别表2所列语言单词的DFA及相关的语义过程
相关变量和子程序说明如下：
◆函数GETCHAR每调用一次，就把扫描指示器当前所指示的源程序字符送入字符变量ch，然后把扫描指示器前推一个字符位置。
◆字符数组TOKEN用来依次存放一个单词词文中的各个字符。
◆函数CAT每调用一次，就把当前ch中的字符拼接于TOKEN中所存字符串的右边。
◆函数LOOKUP每调用一次，就以TOKEN中的字符串查保留字表，若查到，就将相应关键字的类别码赋给整型变量c；否则将c置为零。
◆函数RETRACT每调用一次，就把扫描指示器回退一个字符位置（即退回多读的那个字符）。
◆函数OUT一般仅在进入终态时调用此函数，调用的形式为OUT（c，VAL）。
其中，实参c为相应单词的类别码或其助记符；当所识别的单词为标识符和整数时，实参VAL为TOKEN（即词文分别为字母数字串和数字串），对于其余种类的单词，VAL均为空串。
函数OUT的功能是，在送出一个单词的内部表示之后，返回到调用该词法分析程序的那个程序。
实验二、语法分析器的设计
1．实验目的：
1.掌握利用预测分析法进行语法分析的原理；
2.熟悉文法的机内表示；
3.掌握语法分析器的设计与调试；
2．实验内容：
1.分析如下表3所定义PASCAL语言子集的语法，改写文法使其成为LL
（1）文法；
2.构造文法的预测分析表；
3.设计堆栈和预测分析表的机内表示；
4.设计并书写语法分析程序；
5.调试并运行语法分析程序；
表3.PASCAL语言子集的语法定义
〈程序〉→PROGRAM〈标识符〉；〈分程序〉
〈分程序〉→〈变量说明〉BEGIN〈语句表〉END
〈变量说明〉→VAR〈变量说明表〉；
〈变量说明表〉→〈变量表〉：
〈类型〉|〈变量表〉：
〈类型〉；〈变量说明表〉
〈类型〉→INTEGER|REAL
〈变量表〉→〈变量〉|〈变量〉，〈变量表〉
〈语句表〉→〈语句〉|〈语句〉；〈语句表〉
〈语句〉→〈赋值语句〉|〈条件语句〉|〈WHILE语句〉|〈复合语句〉
〈赋值语句〉→〈变量〉∶=〈算术表达式〉
〈条件语句〉→IF〈关系表达式〉THEN〈语句〉ELSE〈语句〉
〈WHILE语句〉→WHILE〈关系表达式〉DO〈语句〉
〈复合语句〉→BEGIN〈语句表〉END
〈算术表达式〉→〈项〉|〈算术表达式〉+〈项〉|〈算术表达式〉-〈项〉
〈项〉→〈因式〉|〈项〉*〈因式〉|〈项〉/〈因式〉
〈因式〉→〈变量〉|〈常数〉|（〈算术表达式〉）
〈关系表达式〉→〈算术表达式〉〈关系符〉〈算术表达式〉
〈变量〉→〈标识符〉
〈标识符〉→〈标识符〉〈字母〉|〈标识符〉〈数字〉|〈字母〉
〈常数〉→〈整数〉|〈浮点数〉
〈整数〉→〈数字〉|〈数字〉〈整数〉
〈浮点数〉→·〈整数〉|〈整数〉·〈整数〉
〈关系符〉→＜|＜=|=|＞|＞=|＜＞
〈字母〉→A|B|C|…|X|Y|Z
〈数字〉→0|1|2|…|9
提示：
对于所选定的分析方法，如有需要，应选择一种合适的数据结构，以构造所给文法的机内表示。
3．实验说明：
实验环境：
WINDOWS下，工具为TurboC2.0或VisualC6.0。
4．实验考核方式：
（1）提交实验报告
（2）演示程序和答辩（抽查）
5．实验辅导
（1）文法的机内表示形式
举例说明文法的的机内表示。
对于如下文法，其计算机内部的表示可采用如图2所示的数据结构。
椭圆表示指针变量，矩形表示结构体类型变量。
E->EAT|T
T->TMF|F
F->（E）|I
A->+|-
M->*|/
图2.文法的机内表示形式
（2）预测分析器的工作流程
分析器对每个输入串的分析在控制程序的控制下进行，其大致步骤如下：
第一步初始化。
分析开始时，首先将栈底符号#及文法的开始符号S推入分析栈，并对各指示器置初值。
然后反复执行第二步所列的操作。
第二步设在分析的某一时刻，可视分析栈顶的文法符号Xm的不同情况，分别作如下的处理：
◆若Xm∈VT∪{#}，且Xm=ai，则表明栈顶符号已与当前正扫视的输入符号（请注意，包括句尾标志符号#在内）相匹配，此时应将Xm从栈中退出，并将输入串指示器向前推进一个位置，否则（即Xm≠ai）进行语法错误处理；
◆若Xm∈VN，则以符号对（Xm,ai）查分析表，设表元素A［Xm,ai］为产生式Xm→Y1Y2…Yk，则将Xm从栈中退出，并将Y1Y2…Yk按反序推入栈中（即用该产生式推导一步）。
但若A［Xm,ai］为“出错”，则进行语法错误处理；
◆若Xm=ai=#（即分析栈将被拆空），则表明输入串已完全得到匹配，此时可宣告分析成功而结束工作。
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