编译原理课程设计报告学生用表.docx

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编译原理课程设计报告学生用表

课程设计报告

课程：

编译原理

学号：

姓名：

班级：

教师：

时间：

计算机科学与技术系

设计名称：

简单计算器的实现

设计内容、目的与要求：

计算器的功能要求如下：

可以支持加（+）、减（-）、乘（*）、除（/）运算，如3+4-5*2/2;支持括号运算，如（4+5）*5/8；判断用户输入的表达式是否正确，如3+-*3是一个错误的表达式，在计算时将提示错误；用户输入表达式后，按下等号按钮执行计算。

计划与进度安排：

设计过程、步骤（可加页）：

一、需求分析

1.1总述

1.2功能要求

要求：

实现具有加、减、乘、除、括号等运算的简单计算器，输入表达式，输出该表达式的值。

二、概要设计

2.1开发环境

2.2总体设计

2.2.1模块结构图

图1.程序模块图

2.2.2模块说明

计算器分为三个功能模块：

（1）词法分析模块：

对输入的表达式从左到右扫描，识别出表达式中的单词（包括运算符和运算数），若单词的构成不符合词法规则（运算符和运算数的构成规则），则报错并停止计算。

（2）语法分析模块：

将单词分解为各类语法短语，若存在不符合规则的语法短语，则报错并停止计算。

（3）计算模块：

对符合语法规则的语法短语进行计算，若计算不能进行，则报错并停止计算。

计算器的三个功能模块中语法分析模块起到了核心作用，如图1所示。

2.2.3界面设计

3.详细设计

3.1词法分析模块：

其词法分析器调用接口为lex（）

3.1.1词法分析简介：

词法分析是编译原理程序的第一阶段，其任务是：

从左至右逐个字符地对源程序扫描和分解，识别出一个个的单词（如标志符、常量、运算符、界符等），并判断单词的构成是否符合词法规则。

可以使用上下文无关文法来描述词法规则，使用有限自动机来识别单词。

3.1.2词法分析模块的设计及实现

lex工具的基本使用方法和工作原理：

Lex工具是一种词法分析程序生成器，它可以根据词法规则说明书的要求来生成单词识

别程序，由该程序识别出输入文本中的各个单词。

一般可以分为<定义部分><规则部

分><用户子程序部分>。

其中规则部分是必须的，定义和用户子程序部分是任选的。

（1）定义部分

定义部分起始于%{符号，终止于%}符号，其间可以是包括include语句、声明语句

在内的C语句。

这部分跟普通C程序开头没什么区别。

#include"stdio.h"

intlinenum;

（2）规则部分

规则部分起始于"%%"符号，终止于"%%"符号，其间则是词法规则。

词法规则由模式和

动作两部分组成。

模式部分可以由任意的正则表达式组成，动作部分是由C语言语句组

成，这些语句用来对所匹配的模式进行相应处理。

需要注意的是，lex将识别出来的单

词存放在yytext[]字符数据中，因此该数组的内容就代表了所识别出来的单词的内容。

类似yytext这些预定义的变量函数会随着后面内容展开一一介绍。

动作部分如果有多

行执行语句，也可以用{}括起来。

title showtitle（）;

[\n] linenum++;

[0-9]+ printf（"Int :

%s\n",yytext）;

[0-9]*\.[0-9]+ printf（"Float :

%s\n",yytext）;

[a-zA-Z][a-zA-Z0-9]*printf（"Var :

%s\n",yytext）;

[\+\-\*\/\%] printf（"Op :

%s\n",yytext）;

. printf（"Unknown:

%c\n",yytext[0]）;

A.规则部分的正则表达式

规则部分是Lex描述文件中最为复杂的一部分，下面列出一些模式部分的正则表达式字

符含义：

A-Z,0-9,a-z 构成模式部分的字符和数字。

- 指定范围。

例如：

a-z指从a到z之间的所有字符。

\ 转义元字符。

用来覆盖字符在此表达式中定义的特殊意义，

只取字符的本身。

[] 表示一个字符集合。

匹配括号内的任意字符。

如果第一个字

符是^那么它表示否定模式。

例如:

[abC]匹配a,b,和C

的任何一个。

^ 表示否定。

* 匹配0个或者多个上述模式。

+ 匹配1个或者多个上述模式。

匹配0个或1个上述模式。

$ 作为模式的最后一个字符时匹配一行的结尾。

{} 表示一个模式可能出现的次数。

例如:

A{1,3}表示A可

能出现1次或3次。

[a-z]{5}表示长度为5的，由a-z组成的

字符。

此外，还可以表示预定义的变量。

. 匹配任意字符，除了\n。

（）将一系列常规表达式分组。

如：

{Letter}（{Letter}|{Digit}）*

| 表达式间的逻辑或。

"一些符号" 字符的字面含义。

元字符具有。

如：

"*"相当于[\*]。

/ 向前匹配。

如果在匹配的模式中的"/"后跟有后续表达式，

只匹配模版中"/"前面的部分。

如：

模式为ABC/D输入ABCD，

时ABC会匹配ABC/D，而D会匹配相应的模式。

输入ABCE的话，

ABCE就不会去匹配ABC/D。

B.规则部分的优先级

规则部分具有优先级的概念，先举个简单的例子：

#include"stdio.h"

[\n] ;

A {printf（"ONE\n"）;};

AA {printf（"TWO\n"）;};

AAAA {printf（"THREE\n"）;};

此时，如果输入内容：

[root@localhostliweitest]#catfile1.txt

AAAAAAA

[root@localhostliweitest]#./parser

THREE

TWO

ONE

Lex分析词法时，是逐个字符进行读取，自上而下进行规则匹配的，读取到第一个A字符

时，遍历后发现三个规则皆匹配成功，Lex会继续分析下去，读至第五个字符时，发现

"AAAA"只有一个规则可用，即按行为进行处理，以此类推。

可见Lex会选择最长的字符

匹配规则。

如果将规则

AAAA {printf（"THREE\n"）;};

改为

AAAAA {printf（"THREE\n"）;};

./parser

THREE

TWO

（3）用户子程序部分

最后一个%%后面的内容是用户子程序部分，可以包含用C语言编写的子程序，而这些子

程序可以用在前面的动作中，这样就可以达到简化编程的目的。

这里需要注意的是，

当编译时不带-ll选项时，是必须加入main函数和yywrap（yywrap将下后面说明）。

如：

...

showtitle（）

{

printf（"-----LexExample-----\n"）;

}

intmain（）

{

linenum=0;

yylex（）;/*进行Lex分析*/

printf（"\nLineCount:

%d\n",linenum）;

return0;

}

intyywrap（）

{

return1;

}

1.1.语法分析模块

1.1.1.语法分析简介

语法分析的任务是：

在词法分析的基础上，根据语言的语法规则，把单词串分解成各类语法短语（如句子、程序、表达式等），从而确定整个输入串的结构是否正确。

可使用上下文无法文法描述语法规则，算符优先分析法是一种语法分析方法，它特别适合分析各类表达式。

1.1.2.语法分析器的实现

（1）产生式：

（0）S’→E

（1）E→E+T

（2）E→T

（3）T→T*F

（4）T→F

（5）F→（E）

（6）F→i

（7）E→E-T

（8）T→T/F

（2）得出LR分析表：

状态

ACTION

GOTO

（

）

ACC

S15

（3）代码实现：

/*以下变量用于语法分析*/

//终结符符号表

Vvt[]={

"i",$INT,

"+",$PLUS,

"-",$MINUS,

"*",$MUL,

"/",$DIV,

"（",$LPAR,

"）",$RPAR,

"#",$END

};

//非终结符符号表

Vvn[]={

"E",$E,

"T",$T,

"F",$F

};

//文法的产生式集合

Ppset[]={

1,$E,{$E,$PLUS,$T,0},//E->E+T

2,$E,{$E,$MINUS,$T,0},

3,$E,{$T,0,0,0},

4,$T,{$T,$MUL,$F,0},

5,$T,{$T,$DIV,$F,0},

6,$T,{$F,0,0,0},

7,$F,{$LPAR,$E,$RPAR,0},

8,$F,{$INT,0,0,0},

0,0,0

};

//action表

intaction[16][8]={

//i,+,-,*,/,（,）,#

S+5,BLANK,BLANK,BLANK,BLANK,S+4,BLANK,BLANK,

BLANK,S+6,S+7,BLANK,BLANK,BLANK,BLANK,ACC,

BLANK,R+3,R+3,S+8,S+9,BLANK,R+3,R+3,

BLANK,R+6,R+6,R+6,R+6,BLANK,R+6,R+6,

S+5,BLANK,BLANK,BLANK,BLANK,S+4,BLANK,BLANK,

BLANK,R+8,R+8,R+8,R+8,BLANK,R+8,R+8,

S+5,BLANK,BLANK,BLANK,BLANK,S+4,BLANK,BLANK,

BLANK,S+6,S+7,BLANK,BLANK,BLANK,S+15,BLANK,

BLANK,R+1,R+1,S+8,S+9,BLANK,R+1,R+1,

BLANK,R+2,R+2,S+8,S+9,BLANK,R+2,R+2,

BLANK,R+4,R+4,R+4,R+4,BLANK,R+4,R+4,

BLANK,R+5,R+5,R+5,R+5,BLANK,R+5,R+5,

BLANK,R+7,R+7,R+7,R+7,BLANK,R+7,R+7

};

//Goto表

intgo[16][3]={

//E,T,F

1,2,3,

BLANK,BLANK,BLANK,

10,2,3,

BLANK,BLANK,BLANK,

BLANK,11,3,

BLANK,12,3,

BLANK,BLANK,13,

BLANK,BLANK,14,

BLANK,BLANK,BLANK,

BLANK,BLANK,BLANK

};

intSLR1（）//SLR1分析表入口

{

inttoken;//输入符号

ints,e;//状态栈顶、符号栈顶元素

int*pr,pl;//产生式右部、左部

intact;//动作

//分析栈

rstackslrstack（256）;

slrstack.push（0,$END）;

token=Lex（）;

while（true）

{

if（token==$UNKNOWN）

{

ProcError（）;

returnFAIL;

}

else

{

act=action[slrstack.top（s,e）][token-1];

if（act==BLANK）

{

ProcError（）;

returnFAIL;

}

elseif（act==ACC）

{

printf（"接受！

"）;

returnSUCCESS;

}

elseif（act

{

//移入

printf（"移入%s\n",vt[token-1].name）;

slrstack.push（act-S,token）;

token=Lex（）;

}

else

{

//规约

pr=pset[act-R-1].right;

pl=pset[act-R-1].left;

printf（"规约产生式:

%s->",vn[pl-100].name）;

while（*pr!

=0）

{

if（*pr>=100）

printf（"%s",vn[*pr-100].name）;

else

printf（"%s",vt[*pr-1].name）;

slrstack.pop（s,e）;

pr++;

}

printf（"\n"）;

s=go[slrstack.top（s,e）][pl-100];

slrstack.push（s,pl）;

}//if（act==BLANK）

}//if（token==$UNKNOWN）

}//while

}

3.3文法分析

1.1.1文法分析器生成工具yacc

简单来说，yacc（YetAnotherCompiler-Compiler）就是编译器的编译器。

Yacc是一个通用的工具，能够根据用户指定的规则，生成一个词法分析程序。

yacc能识别LALR

（1）且无歧义的文法，它的输入是词法分析器的输出。

我们知道，生成词法分析器是lex分内的事，因此lex和yacc常常珠联璧合。

先让我们看一下yacc文件的格式。

和前面介绍的lex的格式类似：

declarations

rules

programs

声明

规则

其它程序

其中声明段声明一些符号常量，可以为空。

同lex一样，声明段中可以有出现在目标C程序中的代码，放在%{…%}中；还有一些yacc关键词可以指示出token的结合顺序：

％left

左结合

%right

右结合

%nonassoc

不结合

%token

声明token

俗话说“没有规矩，不成方圆”。

规则段描述规则，自然是重中之重了。

规则段的结构是如下，

BODY;

A表示非终结符名，BODY表示产生式和动作。

产生式包括非终结符和终结符，终结符用’’引用。

一些转义字符，比如’\r’,’\n’等，和C里面的表示是一样的。

动作（action）则是在输入被当前规则识别出来时而执行的。

动作实际上就是C的代码，写在{}中。

为了沟通词法分析器和动作，yacc引入了形式变量，以$开头。

如果希望获得词法分析器和前面的动作返回的值，我们可以使用$1,$2,…。

$i表示一条规则右侧第i个单元的值。

比如有这样的一条规则，

BCD;

C的返回值为$2，D为$3。

依此类推。

程序段放一些其它的程序，也可以省略，连%%都可以不要。

连接时需要指定连接库，gcc的参数为-ly。

结果与分析（可以加页）：

设计体会与建议：

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