02实验指导书.docx
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02实验指导书
《编译原理实验》指导书
作者：
周波
单位：
软件学院
2012年2月
一、实验教学目标
“编译原理”是一门研究设计和构造编译程序原理和方法的课程，是计算机各专业的一门重要专业基础课。
该课程蕴含着计算机学科中许多重要的解决问题的思路和方法，如：
有限自动机、正则表达式等，对应用软件和系统软件的设计与开发有一定的启发和指导作用。
编译程序构造的原理和技术在软件工程、逆向工程、软件再工程、语言转换及其他领域中都有着广泛的应用。
通过本课程的实验教学，使学生加深对编译系统的结构、工作流程及编译程序各组成部分设计原理的理解，使他们能够掌握和应用常用的编译技术和方法，为今后从事应用软件和系统软件的开发打下一定的理论和实践基础。
编译原理实验指导书围绕着实验教学目标，详细阐述了各实验的原理和步骤。
希望同学们能够充分利用实验条件，认真完成实验，从实验中得到应有的锻炼和培养。
二、实验教学主要内容
实验课外时间组织：
实验课外消化理论课堂，老师对项目实验的讲解，并且做好相关的设计与实现。
实验课内时间组织：
学生在学院机房集中上机，实验教师在机房采用辅导和自由讨论相结合的方式进行指导。
最终完成实验项目的检查。
三、实验要求
为了顺利完成编译原理课程实验，学生应做到：
1、熟练掌握一种高级程序设计语言及相关开发工具。
2、认真学习教材以及老师课堂讲解的项目实验相关内容，提前做好分析设计和实现。
3、自行完成代码编写，不得超袭。
实验课上课时间做好项目陈述和检查的准备，也可以针对一些问题做相应的讨论。
4、遵守机房纪律，服从辅导教师指挥，爱护实验设备。
5、实验课上进行相关的程序检查和测试，结束后提交所有的文档和源程序。
四、评分细则
实验总分值
100
实验项目名称
分值
评分标准
备注
符号表设计与实现
20
考勤4分，设计与实现8分，程序检查4分，文档4分
词法分析
20
考勤4分，设计与实现8分，程序检查4分，文档4分
语法树设计与实现
20
考勤4分，设计与实现8分，程序检查4分，文档4分
语法分析
20
考勤4分，设计与实现8分，程序检查4分，文档4分
语义分析
20
考勤4分，设计与实现8分，程序检查4分，文档4分
五、实验项目
实验一符号表设计与实现
1.实验目的
了解符号表的作用、组织和数据结构，设计和实现一个符号表。
2.实验要求
a）合理有效地设计符号表可存储程序语言中的各种标识符（变量、常量、数组、结构、指针、函数和过程）及其属性和作用域信息
b）列出关键算法的具体实现的思路
3.实验原理及内容
（1）符号表的作用
符号表用于登录名字（标识符）、相应对象的种类（常量、变量、数组、结构、文件、标号、指针、函数与过程等）、属性（整型、实型、字符型、布尔型与枚举型等）和作用域信息。
由于在编译的各个阶段都要对符号表进行频繁操作（查表和填表），在整个编译时间中占了较大比例，因此如何有效合理地组织符号表并选择好的填表和查表方式，对于提高编译器的工作效率有很大影响。
（2）符号表的组织
源程序中的每个标识符在符号表中都有1个条目，一般由两部分组成：
名字栏和信息栏。
如果一个语言对标识符的最大长度有限制，可设计名字栏的域大小为最大长度来容纳整个标识符；若该语言对标识符最大长度无限制或最大长度较大（如：
32），为节省存储空间，可另用一个字符数组存储标识符，在名字栏域中存储其起始地址和长度（字符个数）。
源程序中的标识符种类繁多，不同种类的标识符所需要存储的信息不同。
如：
变量需存储其类型、存储地址等，数组应存储其数组维数m、数组元素类型T、各维元素个数di、起始地址base等，指针应存储其指向对象类型的位置，函数应存储其参数及类型、返回值类型等……
源程序中的说明将标识符与具有某种类型属性的数据对象相关联。
同一个标识符在不同程序位置被说明时代表不同的数据对象。
当出现对一个标识符的引用时，需根据作用域规则查符号表获取正确的符号表条目。
C语言采用静态作用域规则，按最近嵌套原则确定作用域。
（3）符号表的数据结构
由于线性表的访问复杂度为O（n），效率较低，符号表常采用效率更高的哈希技术进行实现：
当出现标识符id的定义时，计算哈希函数H（id），获取其在哈希表的存储位置，如该位置为空，则直接存储，否则应用冲突消解方法来获取其存储位置；当出现对标识符id的引用时，计算哈希函数H（id），获取其在哈希表的存储位置。
4.实验软硬件环境
C++
MicrosoftVisualStudio6.0
5.实验预习要求
编译原理方法和技术
6.评分标准
考勤4分，设计8分，程序检查4分，文档4分
7.实验报告
体现设计和主要算法的描述，并附上关键源程序的分析思路，同时回答思考题
【思考题】
（1）如何有效设计符号表，其思路是什么？
（2）在实现过程中遇到了哪些技术问题，你是如何解决的。
实验二词法分析
1.实验目的
（1）理解词法分析在编译程序中的作用
（2）加深对有穷自动机模型的理解
（3）掌握词法分析程序的实现方法和技术
2.实验要求
（1）待分析的简单语言的词法
1）关键字
beginifthenwhiledoend
2）运算符和界符
:
=+-*/<<=>>=<>=;（）#
3）其他单词是标识符（ID）和整形常数（NUM），通过以下正规式定义：
ID=letter（letter|digit）*
NUM=digitdigit*
4）空格由空白、制表符和换行符组成。
空格一般用来分隔ID、NUM、运算符、界符和关键字，词法分析阶段通常被忽略。
（2）各种单词符号对应的种别编码
单词符号
种别码
单词符号
种别码
begin
1
:
17
if
2
:
=
18
then
3
<
20
while
4
<>
21
do
5
<=
22
end
6
>
23
letter（letter|digit）*
10
>=
24
digitdigit*
11
=
25
+
13
;
26
-
14
（
27
*
15
）
28
/
16
#
0
（3）词法分析程序的功能
输入：
所给文法的源程序字符串
输出：
二元组（syn,token或sum）构成的序列。
syn为单词种别码；
token为存放的单词自身字符串；
sum为整形常数。
例如：
对源程序beginx:
=9;ifx>0thenx:
=2*x+1/3;end#经词法分析后输出如下序列：
（1，begin）（10,’x’）（18,:
=）（11,9）（26,;）（2,if）……
3.实验原理及内容
DFA代码化或使用lex工具。
见《编译原理》
4.实验软硬件环境
C++
MicrosoftVisualStudio6.0
5.实验预习要求
6.评分标准
考勤4分，设计8分，程序检查4分，文档4分
7.实验报告
体现设计和主要算法的描述，并附上关键源程序，同时回答思考题
【思考题】
（1）在编程过程中遇到了哪些问题，你是如何解决的。
（2）如果将源程序放置在一个文本文件中，如何实现对源代码的获取，编程实现。
实验三语法树设计与实现
1.实验目的
（1）理解语法树在编译程序中的作用
（2）掌握语法树的实现方法和技术
2.实验要求
（1）用语法树来表示程序及其结构成分之间的层次关系。
该语法树适用于实验二所述简单语言，其词法同词法分析实验，语法用扩充的BNF表示如下：
1）<程序>：
：
=begin<语句串>end
2）<语句串>：
：
=<语句>{；<语句>}
3）<语句>：
：
=<赋值语句>||
4）<赋值语句>:
:
=ID:
=<表达式>
5）：
：
=if<表达式>then<语句>[else<语句>]end
6）：
：
=do<语句>while<表达式>
7）<表达式>：
：
=<项>{+<项>|-<项>}
8）<项>:
:
=<因子>{*<因子>|/<因子>}
9）<因子>:
:
=ID|NUM|（<表达式>）
（2）实现语法树的建立和查询操作
3.实验原理及内容
见《编译原理》
4.实验软硬件环境
C++
MicrosoftVisualStudio6.0
5.实验预习要求
6.评分标准
考勤4分，设计8分，程序检查4分，文档4分
7.实验报告
体现设计和主要算法的描述，并附上关键源程序，同时回答思考题
【思考题】
（1）语句串中可有任意个语句，应如何设计语句串结构的语法树结构？
（2）在编程过程中遇到了哪些问题，你是如何解决的。
实验四语法分析
1.实验目的
（1）理解语法分析在编译程序中的作用
（2）加深对语法分析算法的理解
（3）掌握语法分析程序的实现方法和技术
2.实验要求
（1）设计和实现待分析简单语言的语法分析程序
（2）待分析的简单语言的词法同词法分析实验，语法
用扩充的BNF表示如下：
1）<程序>：
：
=begin<语句串>end
2）<语句串>：
：
=<语句>{；<语句>}
3）<语句>：
：
=<赋值语句>
4）<赋值语句>:
:
=ID:
=<表达式>
5）<表达式>：
：
=<项>{+<项>|-<项>}
6）<项>:
:
=<因子>{*<因子>|/<因子>}
7）<因子>:
:
=ID|NUM|（<表达式>）
（3）语法分析程序的功能
输入单词串以”#”结束，如果是文法正确的句子，输出成功信息和分析树；否则输出错误信息。
例如：
输入begina:
=9;x:
=2*3;b:
=a+xend#
输出success
输入x:
=a+b*cend#
输出error
3.实验原理及内容
见《编译原理》
4.实验软硬件环境
C++
MicrosoftVisualStudio6.0
8.实验预习要求
9.评分标准
考勤4分，设计8分，程序检查4分，文档4分
10.实验报告
体现设计和主要算法的描述，并附上关键源程序，同时回答思考题
【思考题】
（1）你选择哪种语法分析方法完成实验，并给出说明。
（2）在编程过程中遇到了哪些问题，你是如何解决的。
实验五语义分析
1.实验目的
通过上机实验，加深对语法制导翻译的理解，掌握将语法分析所识别的语法成分变换为中间代码的语义翻译方法。
2.实验要求
（1）设计和实现待分析简单语言的语义分析程序
（2）待分析的简单语言的词法同词法分析实验，语法同语法分析实验
（3）输入是一段语句串，输出为三地址指令形式的四元式代码
例如：
对于语句串
Begina:
=2+3*4;x=（a+b）/cend#
输出的三地址码为：
1）t1=3*4
2）t2=2+t1
3）a=t2
4）t3=a+b
5）t4=t3/c
6）x=t4
3.实验原理及内容
见《编译原理》
4.实验软硬件环境
C++
MicrosoftVisualStudio6.0
5.实验预习要求
6.评分标准
考勤4分，设计8分，程序检查4分，文档4分
7.实验报告
体现设计和主要算法的描述，并附上关键源程序，同时回答思考题
【思考题】
（1）在编程过程中遇到了哪些问题，你是如何解决的。
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