编译原理课设报告最终版.docx
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编译原理课设报告最终版
编译原理课程设计
PL0ExperimentReport
（燕山大学信息科学与工程学院）
姓名班级：
计算机科学与技术
学生学号：
课程名称：
编译原理
指导教师：
2015年12月24日
一、设计目的
研究、改进或自行设计、开发一个简单的编译程序或其部分功能，加深对编译理论和编译过程的理解。
编程语言不限。
二、设计任务
扩展PL/0编译程序功能
目的:
扩充PL/0编译程序功能
要求:
（1）阅读、研究PL/0编译程序源文件。
（2）在上述工作基础上，可有选择地补充、完善其中词法分析、语法分析、语义分析、目标代码生成、目标代码解释执行等部分的功能。
如以语法分析部分为例，则可以增加处理更多语法成分的功能，如可处理一维数组、++、--、+=、-=、*=、/=、%（取余）、!
（取反）、repeat、for、else、开方、处理注释、错误提示、标示符或变量中可以有下划线等。
还可以增加类型，如增加字符类型、实数类型;扩充函数如有返回值和返回语句的，有参数函数等;
（3）设计编制典型的运行实例，以便能反映出自己所作的改进。
三、设计思想:
PL/0语言可以看成PASCAL语言的子集，它的编译程序是一个编译解释执行系统。
PL/0的目标程序为假想栈式计算机的汇编语言，与具体计算机无关。
PL/0的编译程序和目标程序的解释执行程序都是用PASCAL语言书写的，因此PL/0语言可在配备PASCAL语言的任何机器上实现。
其编译过程采用一趟扫描方式，以语法分析程序为核心，词法分析和代码生成程序都作为一个独立的过程，当语法分析需要读单词时就调用词法分析程序，而当语法分析正确需要生成相应的目标代码时，则调用代码生成程序。
用表格管理程序建立变量、常量和过程表示符的说明与引用之间的信息联系。
当源程序编译正确时，PL/0编译程序自动调用解释执行程序，对目标代码进行解释执行，并按用户程序的要求输入数据和输出运行结果。
四、设计内容：
1扩充语句for（<语句>；<条件>；<语句>）<语句>；
2扩充语句if<条件>then<语句>else<语句>；
3扩充语句repeat<语句>；until<条件>；
4增加自增自减运算++和—和+=，-=运算；
5修改不等号#，为!
=；
6增加一维数组
声明格式：
[/:
/]；
赋值格式：
[]:
=<表达式>；
调用格式：
[]
五、程序结构：
PL/0源程序
图1编译程序结构图2功能模块调用
1.功能模块作用如下：
Pl0.c：
主程序
Error：
出错处理，打印出错位置和错误编码
Getsym：
词法分析，读取一个单词
Getch：
漏掉空格，读取一个字符
Gen：
生成目标代码，并送入目标程序区
Test：
测试当前符号是否合法
Block：
分程序分析处理过程，词法语法分析
Enter：
登陆名字表
Position：
查找标识符在名字表中的位置
Constdeclaration：
常量定义处理
Vardeclaraction：
变量说明处理
Listcode：
列出目标代码清单
Statement：
语句处理
Expression：
表达式处理
Term：
项处理
Factor：
因子处理
Condition：
条件处理
Interpret：
对目标代码的解释执行程序
Base：
通过静态链求出数据取得基地址
增加两个功能：
Arraydeclaration：
数组声明处理
Arraycoef：
数组索引计算和“虚拟机”动作生成
2.保留字：
enumsymbol{nul,ident,number,plus,minus,
times,slash,oddsym,eql,neq,
lss,leq,gtr,geq,lparen,
rparen,comma,semicolon,period,becomes,
beginsym,endsym,ifsym,thensym,elsesym,
forsym,inc,dec,whilesym,writesym,
readsym,dosym,callsym,constsym,varsym,
procsym,repeatsym,untilsym,plusbk,minusbk,
lbrack,rbrack,colon,}
共43个，其中补充保留字为：
else,for,repeat,until,plusbk,minusbk,
Lbrack,rbrack,colon
3.名字表中的类型
enumobject{constant,variable,procedure,arrays,}
共4个，扩充arrays，以便实现数组
4.虚拟机代码
enumfct{lit,opr,lod,sto,cal,inte,jmp,jpc,
lda,sta,}
共10个，补充的lda，sta用于数组操作
6.错误信息
（1）const,var,procedure后应为标识符
（2）常数说明中的=后应是数字
（3）常数说明中的标识符后应是=
（4）常数说明中的=写成了：
=
（5）漏掉了，或；
（6）过程说明后的符号不正确（应是语句开始符，或过程定义符）
（7）应是语句开始符
（8）标识符未说明
（9）程序结尾丢了句号。
（10）语句之间漏了；
（11）call后应为标识符
（12）赋值语句中，赋值号左部标识符属性应是变量
（13）赋值号左部标识符属性应是赋值号
（14）程序体内语句部分的后跟符不正确
（15）call后标识符属性应为过程
（16）条件语句中丢了then
（17）丢了end或；
（18）while循环语句中丢了do
（19）语句后的符号不正确
6.名字表结构
structtablestruct{
charname[al];enumobjectkind;intval;intlevel;intadr;intsize;
//扩充名字表结构,增加一个data域保存数组的下界
intdata;/*其他数据,对arrays来说是下界*/}
7.语法描述图：
图3程序语法描述图
图4分程序语法描述图
图5语句语法描述图
图6条件语法描述图
图7表达式语法描述图
图8项语法描述图
图9因子语法描述图
四、功能扩充
1.语句处理中加入for循环语句
if（sym==forsym）{
getsymdo;
if（sym!
=lparen）error（34）;//没有左括号出错
else{
getsymdo;
statementdo（nxtlev,ptx,lev）;//S1代码
if（sym!
=semicolon）error（10）;//语句缺少分号出错
else{
cx1=cx;
getsymdo;
conditiondo（nxtlev,ptx,lev）;//E代码
if（sym!
=semicolon）error（10）;//语句缺少分号出错
else{
cx2=cx;
gendo（jpc,0,0）;
cx3=cx;
gendo（jmp,0,0）;
getsymdo;
cx4=cx;
statementdo（nxtlev,ptx,lev）;//S2代码
if（sym!
=rparen）error（22）;//缺少右括号出错
else{
gendo（jmp,0,cx1）;
getsymdo;
cx5=cx;
statementdo（nxtlev,ptx,lev）;//S3代码
code[cx3].a=cx5;
gendo（jmp,0,cx4）;
code[cx2].a=cx;
}}}}}
2.在语句处理中增加repeat-until语句
if（sym==repeatsym）{
cx1=cx;
getsymdo;
statementdo（nxtlev,ptx,lev）;
if（sym==untilsym）{
getsymdo;
conditiondo（nxtlev,ptx,lev）;
cx2=cx;
gendo（jpc,0,0）;
code[cx2].a=cx1;}
elseerror（33）;//没有写until出错
}}
3.扩充++和—运算符
对于++和--运算符，扩充时要注意存在两个情况：
1）作为语句的时候；2）作为表达式中的因子的时候。
注意：
扩充时增加因子开始符facbegsys[incs]=true和facbegsys[decs]=true。
扩充的语法描述见结构设计中的PL/0分程序和主要语句的语法描述中的描述图，详细代码见程序。
1）作为语句的时候，有四种情况：
a++;a--;++a;--a;文法的EBNF表示形式为：
<自增自减语句>:
:
=<标识符>[++|--]|[++|--]<标识符>
文法分析过程大体如下图：
++a和—aa++和a—
生成中间代码对于a++;++a;和a--;--a;语句的处理如下：
先将变量的值取出放在栈顶，后将1入栈，后执行加法或减法运算oprv指令的2（加法）、3（减法），后将运算后的栈顶值存回变量。
a++;和++a;语句的中间代码：
lod03;lit01;opr02;sto03;
a--;和--a;语句的中间代码：
lod03;lit01;opr03;sto03;
2）作为因子的时候，有两种情况：
a++和a--作为因子，比如：
b:
=a++*a--;语句++a和--a作为因子，比如：
b:
=--a+2*++a;语句
文法的EBNF表示形式为：
<表达式>:
:
=...[++|--]<标识符>|<标识符>[++|--]...其中的...表示前后都可以有其他的项或因子生成中间代码
A对于因子++a和--a的中间代码生成处理和a++;等语句处理一样；B对于因子a++和a—的中间代码生成处理如下：
a++:
lod03;lit01;opr02;sto03;lod03;lit01;opr03;
a--:
lod03;lit01;opr03;sto03;lod03;lit01;opr02;先将变量的值取出放在栈顶，后将1入栈，后执行加法或减法运算opr指令的2（加法）、3（减法），后将运算后的栈顶值存回变量，后将变量的值又取出来放入栈顶，后将1入栈，如果是a++就执行减法，如果是a—就执行加法，以实现先用a的值后再加1。
4.语句处理中加入if-then-else语句
在原有程序if（sym==then）{...}后加入下列代码：
cx1=cx;
gendo（jpc,0,0）;
statementdo（fsys,ptx,lev）;
if（sym==elsesym）{
getsymdo;
cx2=cx;
gendo（jmp,0,0）;
code[cx1].a=cx;
statementdo（fsys,ptx,lev）;
code[cx2].a=cx;}
else
code[cx1].a=cx;
5.修改不等号#为!
=
注释源程序中的ssym['#']=neq语句，在getsym中加入下列代码：
//修改不等号为!
=
elseif（ch=='!
'）{
getchdo;
if（ch=='='）{
sym=neq;
getchdo;}
elsesym=nul;}
6.加入对一维数组的支持
本程序将数组看做变量的一种，由var声明函数调用array声明函数完成数组声明，这样就处加入文件输出的相关语句外，可以完全保留block函数和enter函数；通过改写factor函数使数组因子包括了后缀的索引号，这样就可以调用通用的表达式函数赋值数组了。
为了方便完成数组相关功能，扩充了虚拟机处理代码。
数组的越界及非法调用错误处理没有完善，仅给出了错误代码。
在头文件pl0.h中：
/*定义两个全局变量，用来保存数组定义的下界和容量*/
staticintg_arrBase=0;
staticintg_arrSize=0;
/*虚拟机代码*///增加lda,sta专门由于数组的处理
//增加两个虚拟机指令lda,sta,分别用来从数组中取数和存到数组中
//数组元素的访问和存储，是将（）后的当成表达式，先处理，得到元素的索引，放在栈顶
//最后根据数组的首地址，得到某个元素的地址
enumfct{...lda,sta}
//扩充名字表结构,增加一个data域保存数组的下界
structtablestruct{...intdata;/*其他数据,对arrays来说是下界*/}
/*名字表中的类型*/
enumobject{...arrays//添加数组类型}
//数组声明处理,下界和上界允许已经定义过的常量标识符
intarraydeclaration（int*ptx,intlev,int*pdx）;
//数组元素索引计算与“虚拟机”生成
intarraycoef（bool*fsys,int*ptx,intlev）;
在源程序文件pl0.c中：
编写相关的arraydeclaration，arraycoef两个功能函数：
/*数组声明处理,下界和上界允许已经定义过的常量标识符*/
intarraydeclaration（int*ptx,intlev,int*pdx）{
chararrId[al];/*暂存数组标识名,避免被覆盖*/
intcstId;/*常量标识符的位置*/
intarrBase=-1,arrTop=-1;/*数组下界、上界的数值*/
getsymdo;
if（sym==lbrack）{/*标识符之后是'[',则识别为数组*/
strcpy（arrId,id）;
/*检查下界*/
getsymdo;
if（sym==ident）{
if（（cstId=position（id,（*ptx）））!
=0）
arrBase=（constant==table[cstId].kind）?
table[cstId].val:
-1;}
elsearrBase=（sym==number）?
num:
-1;
if（-1==arrBase）{
error（50）;
return-1;}
/*检查冒号*/
getsymdo;
if（sym!
=colon）{
error（50）;
return-1;}
/*检查上界*/
getsymdo;
if（sym==ident）{
if（（cstId=position（id,（*ptx）））!
=0）
arrTop=（constant==table[cstId].kind）?
table[cstId].val:
-1;}
elsearrTop=（number==sym）?
num:
-1;
if（arrTop==-1）{
error（50）;//随意指定,因为原程序对错误号的规划极差!
return-1;}
/*检查']'*/
getsymdo;
if（sym!
=rbrack）{
error（50）;
return-1;}
/*上下界是否符合条件检查*/
g_arrSize=arrTop-arrBase+1;
g_arrBase=arrBase;
if（g_arrSize<=0）{
error（50）;
return-1;}
/*恢复数组的标识符*/
strcpy（id,arrId）;
return1;}
return0;}
/*数组元素索引计算与“虚拟机”生成*/
intarraycoef（bool*fsys,int*ptx,intlev）{
boolnxtlev[symnum];
inti=position（id,*ptx）;
getsymdo;
if（sym==lbrack）{/*索引是括号内的表达式*/
getsymdo;
memcpy（nxtlev,fsys,sizeof（bool）*symnum）;
nxtlev[rbrack]=true;
expressiondo（nxtlev,ptx,lev）;
if（sym==rbrack）{
gendo（lit,0,table[i].data）;
gendo（opr,0,3）;/*系数修正,减去下界的值*/
return0;}
elseerror（22）;/*缺少右括号*/
}
elseerror（51）;/*数组访问错误*/
return-1;}
修改函数enter，block，vardeclaration，factor及statement，使其具备处理数组的功能：
//将数组变量登陆名字表
voidenter（enumobjectk,int*ptx,intlev,int*pdx）{
...
casearrays:
/*数组名,进行记录下界等*/
table[（*ptx）].level=lev;
table[（*ptx）].adr=（*pdx）;
table[（*ptx）].data=g_arrBase;
table[（*ptx）].size=g_arrSize;
*pdx=（*pdx）+g_arrSize;
break;
...}
//输出数组名字表到控制台和文件fas.tmp
intblock（intlev,inttx,bool*fsys）{
...
casearrays:
printf（"%darray%s",i,table[i].name）;
printf（"lev=%daddr=%dsize=%d\n",table[i].level,table[i].adr,table[i].size）;
fprintf（fas,"%darray%s",i,table[i].name）;
fprintf（fas,"lev=%daddr=%dsize=%d\n",table[i].level,table[i].adr,table[i].size）;
//加入数组声明
intvardeclaration（int*ptx,intlev,int*pdx）{
intarrayRet=-1;
if（sym==ident）{
arrayRet=arraydeclaration（ptx,lev,pdx）;/*先判断数组*/
switch（arrayRet）{
case1:
enter（arrays,ptx,lev,pdx）;//填写数组名
getsymdo;
break;
case0:
enter（variable,ptx,lev,pdx）;//填写名字表
//getsymdo;
break;
default:
return-1;/*数组定义解析出错*/}
}
elseerror（4）;/*var后应是标识*/
return0;}
/*当因子是数组型变量时，调用arraycodefdo将数组的索引入栈顶，之后按vatiabler变量操作*/
intfactor（bool*fsys,int*ptx,intlev）{
...
switch（table[i].kind）{
...
casearrays:
/*名字为数组名*/
arraycoefdo（fsys,ptx,lev）;
gendo（lda,lev-table[i].level,table[i].adr）;/*找到变量地址并将其值入栈*/
...}...}
intstatement（bool*fsys,int*ptx,intlev）{
...
if（sym==ident）{
...
if（（table[i].kind!
=variable）&&（table[i].kind!
=arrays））{
error（12）;i=0;}
else{
enumfctfct1=sto;switch（table[i].kind）{
casearrays:
arraycoefdo（fsys,ptx,lev）;
fct1=sta;/*数组保存,要多读一个栈*/
casevariable:
{...}
}}}
//增加的两个虚拟机代码的处理:
lda,sta
voidinterpret（）{
...
caselda:
/*数组元素访问,当前栈顶为元素索引,执行后,栈顶变成元素的值*/
s[t-1]=s[base（i.l,s,b）+i.a+s[t-1]];
break;
casesta:
/*栈顶的值存到数组中,索引为次栈顶*/
t-=2;
s[base（i.l,s,b）+i.a+s[t]]=s[t+1];
break;...}
五、调试及运行结果
1.测试repeat...until...语句功能测试文件：
4.txt测试结果：
vara,b,n;
begin
b:
=4;
a:
=1;
read（n）;
repeat
a:
=a+1;
b:
=b+1;
untila>n;
write（a）;
write（b）;
end.
当输入的n为3时，repeat...until...语句中的循环体执行3次，所以a=4,b=72.测试增加的++,--功能
测试文件：
2.txt测试结果：
vara,b;
begin
a:
=1;
b:
=3;
a++;
b--;
write（a）;
write（b）;
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