《编译原理》实验教案设计.docx

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《编译原理》实验教案设计

《编译原理》实验教案

《编译原理》是国内外各高等院校计算机科学技术类专业，特别是计算机软件专业的一门重要专业课程。

该课程系统地向学生介绍编译程序的结构、工作流程及编译程序各组成部分的设计原理和实现技术。

由于该课程理论性和实践性都比较强，内容较为抽象复杂，涉及到大量的软件设计算法，因此，一直是一门比较难学的课程。

为了使学生更好地理解和掌握编译技术的基本概念、基本原理和实现方法，实践环节非常重要，只有通过上机进行程序设计，才能使学生对比较抽象的教学内容产生具体的感性认识，增强学生综合分析问题、解决问题的能力，并对提高学生软件设计水平大有益处。

本实验内容在《编译原理》课程教学的同时，安排学生进行相关的实验。

实验平台可选择在MS-DOS或Windows操作系统环境，使用C/C++的任何版本作为开发工具。

学生在做完试验后，应认真撰写实验报告，内容应包括实验名称、实验目的、实验要求、实验内容、测试或运行结果等。

实验一词法分析设计与实现

实验时间：

2013.4.09，4.23

实验目的

对C语言的一个子集设计并实现一个简单的词法分析器，掌握利用状态转换图设计词法分析器的基本方法。

实验要求

利用该词法分析器完成对源程序字符串的词法分析。

输出形式是源程序的单词符号二元式的代码，并保存到文件中。

实验内容

（1）假设该语言中的单词符号及种别编码如下表所示。

单词符号及种别编码

单词符号

种别编码

单词符号

种别编码

main

1

[

28

int

2

]

29

char

3

{

30

if

4

}

31

else

5

32

for

6

:

33

while

7

；

34

标识符ID

10

＞

35

整型常数NUM

20

＜

36

=

21

＞＝

37

+

22

＜＝

38

-

23

＝＝

39

*

24

！

＝

40

/

25

&

41

（

26

&&

42

）

27

||

43

（2）关键字mainintcharifelseforwhile都是小写并都是保留字。

算符和界符=+－*/&＜＜＝＞＞＝＝＝　!

＝&&||,:

;{}[]（）

ID和NUM的正规定义式为：

ID→letter（letter|didit）*

NUM→digitdigit*

letter→a|…|z|A|…|Z

digit→0|…|9

如果关键字、标识符和常数之间没有确定的算符或界符作间隔，则至少用一个空格作间隔。

空格由空白、制表符和换行符组成。

（3）设计词法分析器的步骤：

1首先根据上面单词符号表及ID和NUM的正规定义式，构造出状态转换图；

2定义相关的变量和数据结构。

关键字作为特殊标识符处理，把它们预先安排在一张表格中（称为关键字表），当扫描程序识别出标识符时，查关键字表。

如能查到匹配的单词，则该单词为关键字，否则为一般标识符。

关键字表为一个字符串数组，其描述如下：

char*KEY_WORDS[7]={″main″,″int″,″char″,″if″,″else″,″for″,″while″}；

用以存放单词符号二元式的数据结构可如下定义：

#defineMAXLENGTH255/*一行允许的字符个数*/

unionWORDCONTENT{/*存放单词符号的内容*/

charT1[MAXLENGTH];/*存放标识符及由两个（以上）字符组成的符号*/

intT2;/*存放整型常数的拼数*/

charT3;/*存放其他符号*/

};

typedefstructWORD{/*单词符号二元式*/

intcode;/*存放种别编码*/

unionWORDCONTENTvalue;

}WORD;

3按照编译程序一遍扫描的要求，把词法分析器Scaner作为一个独立的子程序来设计，通过对Scaner的反复调用识别出所有的单词符号；

4当Scaner识别出一个单词符号时，则将该单词符号的二元式写入到输出文件中。

若Scaner无法识别出一个单词符号时，则调用错误处理程序PrintError，显示当前扫描到的字符及其所在行、列位置，并跳过该字符重新开始识别单词符号。

（4）测试该设计词法分析器，可对下面的源程序进行词法分析：

输出如下二元式代码序列：

main（）

{

inti=10;

while（i）i=i-1;

}

输出如下二元式代码序列：

（1,main）（26,（）（27,））（30,{）（2,int）（10,i）（21,=）（20,10）（34,;）（7,while）（26,（）（10,i）（27,））（10,i）（21,=）（10,i）（23,-）（20,1）（34,;）（31,}）

实验结果：

实验运行情况：

实验二预测分析法设计与实现

实验时间：

2013.5.7，5.21，6.4

实验目的

设计一个非递归预测分析器，实现对表达式语言的分析，理解自上而下语法分析方法的基本思想，掌握设计非递归预测分析器的基本方法。

实验要求

建立文法及其LL

（1）分析表表示的数据结构，设计并实现相应的预测分析器，如果输入串是文法定义的句子则输出“是”，否则输出“否”。

实验内容

（1）文法描述及其LL

（1）分析表

表达式语言（XL）的语法规则如下：

1．程序→表达式；

2．|表达式；程序

3．表达式→表达式+项

4．|项

5．项→项*因式

6．|因式

7．因式→num_or_id

8．|（表达式）

将该语言的文法转换为如下的LL

（1）文法：

1prgm→expr;prgm’8term→factorterm’

2prgm’→prgm9term’→*factorterm’

3prgm’→ε10term’→ε

4expr→termexpr’11factor→（expr）

5expr→ε12factor→num

6expr’→+termexpr’13system_goal→prgm

7expr’→ε

该LL

（1）文法的LL

（1）分析表如下：

T

N

Num

+

*

（

）

;

#

prgm

1

1

1

prgm’

2

2

2

3

expr

4

4

5

5

expr’

6

7

7

term

8

8

term’

10

9

10

10

factor

12

11

system_goal

13

13

13

对文法中每个文法符号指定一个常数值，符号编码表如下：

文法符号

常数值

备注

（

Num

+

）

;

*

#

4

6

2

5

1

3

0

终结符

（#为输入结束标志）

Expr

expr’

term

term’

factor

prgm

prgm’

system_goal

258

260

259

262

261

256

257

263

非终结符

（2）文法及其LL

（1）分析表的数据结构

文法的产生式可用数组Yy_pushtab[]存放。

数组的第一个下标是产生式号，第一个产生式的序号为0；每列按逆序存放该产生式右部各符号的常数值，并以0结束。

对于该表达式语言XL的LL

（1）分析表，可用数组Yy_d[]存放。

第一个下标是非终结符数值，第二个下标是终结符数值，数组元素的值为：

0（表示接受），1（表示产生式号），-1（表示语法错）。

数组Yy_pushtab[]的具体内容及表示如下：

Yyp00

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

257,1,258,0

prgm’;expr

Yyp01

256,0

prgm

Yyp02

0

Yyp03

260,259,0

expr’term

Yyp04

0

Yyp05

260,259,2,0

expr’term+

Yyp06

0

Yyp07

262,261,0

term’factor

Yyp08

262,261,2,0

term’factor*

Yyp09

0

Yyp10

5,258,4,0

）expr（

Yyp11

6,0

Num

Yyp12

256,0

prgm

数组Yy_d[]的具体内容及表示如下：

0123456

#；+*（）Num

-1

0

-1

-1

0

-1

0

2

1

-1

-1

1

-1

1

-1

4

-1

-1

3

4

3

-1

-1

-1

-1

7

-1

7

-1

6

5

-1

-1

6

-1

-1

-1

-1

-1

10

-1

11

-1

9

9

8

-1

9

-1

-1

12

-1

-1

12

-1

12

rgm256

prgm’257

expr258

term259

expr’260

factor261

term’262

system_goal263

（3）预测分析器总控程序结构

预测分析器总控程序使用上面的两个表Yy_pushtab、Yy_d和一个分析栈（元素类型为int），其结构如下：

初始化；/*把开始符号的常数值压入分析站，输入指向第一个输入符号*/

while（分析栈非空）{

if（栈顶常数表示一个终结符）

if（该常数与输入符号的常数不等）

报语法错；

else{

把一个数从栈顶弹出；

advance读下一输入符号；

}

else{/*栈顶的常数表示一个非终结符*/

what_to_do=Yy_d[栈顶常数][当前输入符号的常数]；

if（what_to_do==-1）

报语法错；

else{

把栈顶元素弹出栈；

把Yy_pushtab[what_to_do]中列出的全部常数压入分析栈；

}

}

}

请实现该程序。

在程序中添加输出栈内容的功能，以便和手工模拟分析过程作比较。

（4）用预测分析器和手工模拟两种方式对文法的句子1+2；进行分析。

综合分析过程可用下表表示。

栈（符号）

栈（数值）

输入串

What_to_do

system_goal

prgm

prgm’;expr

prgm’;expr’term

prgm’;expr’term’factor

prgm’;expr’term’Num

prgm’;expr’term’

prgm’;expr’

prgm’;expr’term+

prgm’;expr’term

prgm’;expr’term’factor

prgm’;expr’term’Num

prgm’;expr’term’

prgm’;expr’

prgm’;

prgm’

263

256

2571258

2571260259

2571260262261

25712602626

2571260262

2571260

25712602592

2571260259

2571260262261

25712602626

2571260262

2571260

2571260262

257

1+2；#

1+2；#

1+2；#

1+2；#

1+2；#

1+2；#

+2；#

+2；#

+2；#

2；#

2；#

2；#

；#

；#

；#

#

12

0

3

7

11

9

5

7

11

9

6

2

（5）请考虑如何设计并实现LL

（1）分析表的自动生成程序。

湘南学院计算机科学系

2012学年度第２学期信计专业本层次2010级期末课程

《编译原理》实验操作考核方案

一、操作考核对象：

计算机科学与技术系计科专业2010级本科全体学生

二、操作考核时间：

2013年6月18日下午

三、操作考核地点：

湘南学院四教413

四、操作考核内容及评分标准：

1.考试要求

本次考核每个学生的实验项目情况，每个小组须在规定时间内完成。

按照每个学生题目的完成情况来决定。

2.考核原则

所选题目在上机编程调试通过后即为考核通过。

教师依据学生编程及调试通过与否情况给予考核成绩。

3.考核成绩评分标准

①所选题目按照提出来的要求编写出程序并调试通过，成绩为优（90分及以上，具体分数根据编写的代码质量和是否与需求报告一致考虑）

②所选题目编写出程序，但只有一部分能上机调试通过，有些部分稍作修改可上机调试通过，成绩为良（80分~89分，具体分数根据编写的代码质量考虑）

③所选题目编写出程序，但只有一部分能上机调试通过，成绩为中（70分~79分，具体分数根据编写的代码质量考虑）

④所选题目编写出程序，但均有小差错不能上机调试通过，成绩为及格（60~69分，具体分数根据编写的代码质量考虑）

⑤没有编写出任何完整的程序代码，成绩为不及格（50分及以下，具体分数根据编写的代码质量考虑）

4.考核时间

120分钟

5.考核项目

题目一：

词法分析设计与实现：

能够采用一种编程语言实现简单的词法分析程序；能够使用自己编写的分析程序对简单的程序段进行词法分析。

题目二：

预测分析法设计与实现：

能够采用一种编程语言实现简单的语法分析程序；能够使用自己编写的分析程序对简单的程序段进行语法判断。

实验三LR

（1）设计与实现

1．实验目的

设计一个LR分析器，实现对表达式语言的分析，加深对LR语法分析方法的基本思想的理解，掌握LR分析器设计与实现的基本方法。

2．实验要求

建立文法及其LR分析表表示的数据结构，设计并实现一个LALR

（1）的分析器，对源程序经词法分析后生成的二元式代码流进行分析，如果输入串是文法定义的句子则输出“是”，否则输出“否”。

3．实验内容

（1）文法描述及其LALR

（1）分析表

描述表达式语言的文法G如下：

1.S→E

2.E→E+T

3.E→T

4.T→T*F

5.T→F

6.F→（E）

7.F→ID

该文法的LALR

（1）分析表如下：

分析表

状态

动作Action表（Yy_action）

转移Goto表（Yy_goto）

#

ID

+

*

（

）

S

E

T

F

0

-

S1

-

-

S2

-

-

3

4

5

1

R6

-

R6

R6

-

R6

-

-

-

-

2

-

S1

-

-

S2

-

-

6

4

5

3

A

-

S7

-

-

-

-

-

-

-

4

R2

-

R2

S8

-

R2

-

-

-

-

5

R4

-

R4

R4

-

R4

-

-

-

-

6

-

-

S7

-

-

S9

-

-

-

-

7

-

S1

-

-

S2

-

-

-

10

5

8

-

S1

-

-

S2

-

-

-

-

11

9

R5

-

R5

R5

-

R5

-

-

-

-

10

R1

-

R1

S8

-

R1

-

-

-

-

11

R3

-

R3

R3

-

R3

-

-

-

-

SN=移进并转移到状态NA=accept接受

RN=按第N条产生式进行规约-=error转移

（2）LR分析器总控程序框架如下：

push（0）;

advance（）;

while（Action[tos][sym]!

=accept）

if（Action[tos][sym]==’-’）

error（）;

else

if（Action[tos][sym]==SN）{

push（N）;

advance（）;

}

elseif（Action[tos][sym]==RN）{

act（N）;

pop（产生式N的右部的符号个数）;

push（Goto[新tos][产生式N的左部符号]）；

accept（）;

上述算法中的有关函数与符号的意义如下：

accept（）返回成功状态，LR分析器停止工作

act（N）执行利用产生式N的归约的动作，通常为产生代码

advance（）丛输入流读下一单词到sym

error（）出错处理

pop（N）从栈顶弹出N个符号（状态）

push（N）把状态N压入状态栈

sym当前输入的单词符号

tos栈顶状态号

（3）存放LR分析表的数据结构

1实现方法一：

用一个二维整数数组表示

数组元素为表示动作的整数。

数组的行下标为状态号，列下标用来表示终结符与非终结符的整数表示。

数组元素可作如下约定：

正整数：

表示移进动作，如S6用数6表示；

负整数：

表示归约动作，如R5用数-5表示；

1：

表示接受，通常为按产生式0归约；

状态号也用整数表示；

用不可能是状态号的较大的整数表示错误转移。

请将上述LALR

（1）分析表用这种表示方法，完成LR分析器的程序设计，并添加输出状态栈内容的功能。

用上述表达式文法G的一个句子作为输入，进行测试。

2实现方法二：

采用压缩表示法

动作Action表的每一行用一个数组表示，数组的第一个元素是本数组中存放的数偶个数，第二个元素到最后一个元素都以[终结符，动作]的数偶的形式存放。

再用一个以状态号为下标的下标数组，每个元素含一个指向数偶数组的指针。

若数组元素的值为NULL，则表示从此状态无转移弧发出。

若分析表有几行相同，则只需保存一行，其它元素则都指向存放这一行表的数组即可。

转移Goto表也按同样方式组织，只是这个行数组的数偶为[非终结符，下一状态号]。

每个行数组Yyan表示动作表Yy_action的一行，每个行数组Yygn表示转移表Yy_goto的一行。

假定上述表达式文法G中终结符及非终结符的整数值为：

终结符：

#ID+*（）非终结符：

SETF

整数值：

012345整数值：

0123

Yy_action数组是以状态号为下标的下标数组，每个元素含有指向数组Yyan的指针；下标数组Yy_goto的每个元素含有指向数组Yygn的指针。

表达式文法G的LALR

（1）分析表的具体压缩表示如下：

2

4,2

1,1

Yya000

Yy_action

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

0

4

5,-6

3,-6

2,-6

0,-6

Yya001

1

Yya003

2

2

0,0

2,7

3

4

5,-2

2,-2

0,-2

3,8

Yya004

4

Yya005

4

5,-4

3,-4

2,-4

0,-4

5

2

5,9

2,7

Yya006

6

7

Yya009

8

4

5,-5

3,-5

2,-5

0,-5

9

4

5,-1

2,-1

0,-1

3,8

Yya010

10

Yya011

4

5,-3

5,-3

2,-3

0,-3

11

Yyg000

Yy_goto

.

NULL

.

NULL

NULLNULL

NULL

.

.

NULL

NULL

NULL

3

3,5

2,4

1,3

0

Yyg002

1

3

3,5

2,4

1,6

2

3

4

5

Yyg007

6

2

3,5

2,10

7

1

3,11

Yyg008

8

9

10

11

以上分析表用C语言程序描述如下：

/*

*Yy_action表

*/

intYya000[]={2,4,2,1,1};

intYya001[]={4,5,-6,3,-6,2,-6,0,-6};

intYya003[]={2,0,0,2,7};

intYya004[]={4,5,-2,2,-2,0,-2,3,8};

intYya005[]={4,5,-4,3,-4,2,-4,0,-4};

intYya006[]={2,5,9,2,7};

intYya009[]={4,5,-5,3,-5,2,-5,0,-5};

intYya010[]={4,5,-1,2,-1,0,-1,3,8};

intYya011[]={4,5,-3,3,-3,2,-3,0,-3};

intYy_action[]=

{

Yya000,Yya001,Yya000,Yya003,Yya004,Yya005,

Yya006,Yya000,Yya000,Yya009,Yya010,Yya011

};

/*

*Yy_goto表

*/

intYyg000[]={3,3,5,2,4,1,3};

intYyg002[]={3,3,5,2,4,1,6};

intYyg007[]={2,3,5,2,10};

intYyg008[]={1,3,11};

intYy_goto[]=

{

Yyg000,NULL,Yyg002,NULL,NULL,NULL,

NULL,Yyg007,Yyg008,NULL,NULL,NULL

};

/*

*为了进行归约，使用一个Yy_lhs[]数组，其值为代表产生式左部符号的

*整数，数组的下标为产生式号

*/

intYy_lhs[7]=

{

/*0*/0,

/*