编译原理课程设计.docx

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编译原理课程设计

《编译原理》课程设计报告

C语言子集编译器设计

学院信息科学与工程学院专业计算机科学与技术

班级学号

学生姓名指导教师

课程成绩完成日期2012年12月29日

课程设计成绩评定

学院信息学院专业计算机科学与技术

班级学号

学生姓名指导教师

课程成绩完成日期2012年12月29日

指导教师对学生在课程设计中的评价

评分项目

优

良

中

及格

不及格

课程设计中的创造性成果

学生掌握课程内容的程度

课程设计完成情况

课程设计动手能力

文字表达

学习态度

规范要求

课程设计论文的质量

指导教师对课程设计的评定意见

综合成绩指导教师签字2012年月日

C语言子集编译器设计

学生姓名：

指导老师：

1、设计任务

1.1编译的语言

本编译器编译的语言为C语言子集，具体如下：

算术运算符：

+-*/

关系运算：

><>=<=!

====

逻辑运算&&||!

赋值运算=

数字0123456789

字符a…..zA…..Z

标示符的命名规则：

由字母和下划线组成，打头的只能是字母，区分大小写，不能和关键字重复。

注释：

单行注释//多行注释/**/

数据类型有整型int,字符型char

符合数据类型有数组inta[6]

程序由一个主函数组成

<主函数>→voidmain（）{<复合语句>}

<复合语句>→<常量说明部分><变量定义部分><语句序列>

<常量定义>→int<标示符>=<整数>{，int<标示符>=<整数>}|

char<标示符>=<字符>{，char<标示符>=<字符>}|

变量定义：

inta;

inta,b;

inta=3,b;

<语句序列>→<语句>；<语句序列>

语句有赋值语句<标示符>=<表达式>

读语句：

scanf（“<标示符>”）

写语句：

printf（<字符串>）;

条件语句:

if（条件）{}else{}

If（条件）{}

循环语句:

while（条件）{}

For（i=1;i<=10;i++）{}

1.2抽象文法

1.2.1构造LL1要解决的关键问题

本编译器采用LL1文法，设计LL1文法有两个关键点：

1、消除文法左递归：

左递归文法如：

E->E+E

E->id|num

可使用增加中间非终结符的方法消除左递归，消除后为：

E->T+E

E->T

T>id|num

2、消除分析表多重定义

上述文法仍不是LL1文法，采用提公因子的方法修改上述文法后可得LL1文法：

E->TE’

E-‘>+T|$

T>id|num

1.2.2C语言子集的LL1文法

[Terminal]:

mainprintfscanfvoidintcharboolidnumchifelsewhilefor;,（）{}===!

=><+-*/&&||!

++--#（结束符）

[Nonerminal]:

S,B,A,C,,X,R,Z,Z’,U,U’,E,E’,H,H’,G,M,D,L,L’,T,T’,F,O,P,Q

[Starter]:

S

[Precept]:

1、文法开始：

（1）S->voidmain（）{A}

2、声明：

（2）X->YZ;

（3）Y->int

（4）Y->char

（5）Y->bool

Z->UZ’

Z’->,Z|$

U->idU’

U’->=L|$

3、赋值：

R->id=L;

4、算术运算：

L->TL’

L’->+L|-L|$

T->FT’

T’->*T|/T|$

F->（L）

F->id|num

O->++|--|$

Q->idO|$

5、布尔运算

E->HE’

E’->&&E|$

H->GH’

H’->||H

H’->$

G->FDF

D-><|>|==|!

=

G->（E）

G->!

E

5、控制语句

B->if（E）{A}else{A}

B->while（E）{A}

B->for（YZ;G;Q）{A}

6、功能函数

B->printf（P）;

B->scanf（id）;

P->id|ch|num

7、复合语句

A->CA

C->X|B|R

A->$

2、需求分析

为C语言子集设计一个简单编译器，要求有友好的图形界面，能够实现编译的词法分析，语法分析和语义分析功能，并具备一定的错误处理能力，给出总的出错报告，编译最终形成四元式的中间代码形式。

3、系统设计

4、详细设计

4.1构造LL1分析表

1、求个产生式的select集

注意：

一定要记得求空产生式A->$的select集

具体过程（略），结果可见LL1分析表

2、最终获得的LL1分析表

main

printf

scanf

void

int

char

bool

id

（自定义变量）

num（int常量）

ch（char

常量）

S

S>

void

main（）{A}

A

A->CA

A->CA

A->CA

A->CA

A->CA

A->CA

B

B->

printf（P）;

B->

scanf（id）;

C

C->B

C->B

C->X

C->X

C->X

C->R

X

X->YZ

X->YZ

X->YZ

Y

Y->int

Y->char

Y->bool

Z

Z->UZ’

Z’

Z’->$

U

U->idU’

U’

R

R->id=L;

P

P->id

P->num

P->ch

E

E->HE’

E->HE’

E’

E’->$

H

H->GH’

H->GH’

G

G->FDM

G->FDM

H’

H’->$

H’->$

D

L

L->TL’

L->TL’

L’

L’->$

L’->$

T

T->FT’

T->FT’

T’

T’->$

T’->$

F

F->id

F->num

O

Q

Q->idO

if

else

while

for

;

（

）

{

}

=

==

S

A

A->CA

A->CA

A->CA

A->CA

B

B->

If（G）{A}

else{A}

B->

while（G）{A}

B->

for（YZ;G;Q）

{A}

C

C->B

C->B

C->B

C->B

X

Y

Z

Z’

Z’->,Z

U

U’

U’->$

U’->$

U’->=L

R

P

E

E->HE’

E’

H

H->GH’

G

G->（E）

H’

H’->$

D

D->==

L

L->TL’

L->TL’

L’

L’->$

T

T->FT’

T’

T’->$

F

F->（L）

O

!

=

>

<

+

-

*

/

&&

||

!

++

--

#

S

A

A->$

B

C

X

Y

Z

Z’

Z’->$

U

U’

U’->$

R

P

E

E’

E’->&&E

E’->$

H

G

G->!

E

H’

H’->||H

H’->$

H’->$

D

D->！

=

D->>

D-><

L

L’

L’->+L

L’->-L

L’->$

T

T’

T’->*T

T’->/T

T’->$

F

O

O->++

O->--

O->$

Q

Q->$

语法分析示例：

待分析源程序：

voidmain（）

{

inta=2,b=3,c;

if（a>b）

{

c=1;

}

else{

c=0;

}

}

步骤

分析栈analyseStack

余留符号串

wordlist

待分析单词表的首单词,firstWord=wordlist.get（0）

产生式

下一步动作

0

$S

voidmain（）{inta=2,b=3,c;if（a>b）{

c=1;}else{c=0;}}

void

S->

void

main（）{A}

弹出S，｛A｝（）mainvoid入栈

1

$｛A｝（）mainvoid

main（）{inta=2,b=3,c;if（a>b）{

c=1;}else{c=0;}}

void

移进

弹出void，扫描指针后移一个符号

2

$｛A｝（）main

main（）{inta=2,b=3,c;if（a>b）{

c=1;}else{c=0;}}

main

移进

弹出main，扫描指针后移一个符号

3

$｛A｝（）

（）{inta=2,b=3,c;if（a>b）{

c=1;}else{c=0;}}

）

移进

弹出），扫描指针后移一个符号

4

$｛A｝（

）{inta=2,b=3,c;if（a>b）{

c=1;}else{c=0;}}

（

移进

弹出（，扫描指针后移一个符号

5

$}A{

{inta=2,b=3,c;if（a>b）{

c=1;}else{c=0;}}

{

移进

弹出{，扫描指针后移一个符号

6

$}A

inta=2,b=3,c;if（a>b）{

c=1;}else{c=0;}}

A->CA

弹出A，CA逆序进栈

…

…

…

…

…

…

4.2构造LL1属性翻译文法及分析表

1、构造LL1属性翻译文法

构造LL1属性翻译文法即在原有LL1文法基础上加上动作符号，并给非终结符和终结符加上一定属性，给动作符号加上语义子程序。

对原有LL1文法改进的地方如下：

1、赋值：

产生式语义子程序

R->@ASS_Rid=L@EQ;@ASS{R.VAL=id并压入语义栈}

@EQ{RES=R.VAL,OP=’=’,ARG1=L.VAL,

newfourElement（OP,ARG1,/,RES）}

U->@ASS_UidU’{U.VAL=id并压入语义栈}

U’->=L|$@EQ{RES=U.VAL,OP=’=’,ARG1=L.VAL,newfourElement（OP,ARG1,/,RES）}

2、算术运算：

产生式语义子程序

L->TL’@ADD_SUB{If（OP!

=null）RES=NEWTEMP;L.VAL=RES,并压入语义栈;NewfourElement（OP,T.VAL;,L’VAL,RES），

}

L’->+L{OP=”+”}

L’->-L{OP=”-“}

L’->$

T->FT’@DIV_MUL{if（OP!

=null）RES=NEWTEMP;T.VAL=RES;

newFourElement（OP,F.VAL,ARG2,RES）

elseARG1=F.VAL;}

T’->/T@DIV{OP=/,ARG2=T.VAL}

T’->*T@MUL{OP=*,ARG2=T.VAL}

T’->$

F->@ASS_Fnum|id{F.VAL=num|id}

Q->idO|$

O->@SINGLE_OP++|--{OP=++|--}

3、布尔运算

产生式语义子程序

G->FDF@COMPARE{OP=D.VAL;ARG1=F

（1）.VAL;ARG2=F

（2）.VAL,RES=NEWTEMP;

NewfourElement（OP,F.VAL,ARG2,RES）;G.VAL=RES并压入语义栈}

D->@COMPARE_OP<|>|==|!

={D.VAL=<|>|==|!

=,并压入语栈}

4、控制语句

产生式语义子程序

B->if（G）@IF_FJ{A}@IF_BACKPATCH_FJ@IF_RJelse{A}@IF_BACKPATCH_RJ

@IF_FJ{OP=”FJ”;ARG1=G.VAL;RES=if_fj,NewfourElement（OP,ARG1,/,RES）,将其插入到四元式列表中第i个}

@IF_BACKPATCH_FJ{回填前面假出口跳转四元式的跳转序号,BACKPATCH（i,if_fj）}

B->while（G）@WHILE_FJ{A}@WHILE_RJ@WHILE_BACKPATCH_FJ{参照ifelse}

B->for（YZ;G@FOR_FJ;Q）{A@SINGLE}@FOR_RJ@FOR_BACKPATCH_FJ{参照ifelse}

@SINGLE{ARG1=id;RES=NEWTEMP;NewfourElement（OP,ARG1,/,RES）}

说明：

（1）、R.VAL表示符号R的值，VAL是R的一个属性，其它类似。

（2）、NEWTEMP（）函数：

每调用一次生成一个临时变量，依次为T1，T2，…Tn。

（3）、BACKPATCH（inti,intres）:

回填函数，用res回填第i个四元式的跳转地址。

（4）、newfourElement（StringOP,StringARG1,StringARG2,StringRES）:

生成一个四元式

（OP,ARG1,ARG2,RES）

3、构造LL1属性文法分析表（参照LL1分析表构造）

4.3数据结构设计

1、节点类

单词

publicclassWord{

intid;//单词序号

Stringvalue;//单词的值

Stringtype;//单词类型

intline;//单词所在行

booleanflag=true;//单词是否合法

}

分析栈节点

publicclassAnalyseNode{

Stringtype;//节点类型

Stringname;//节点名

Stringvalue;//节点值

}

错误

publicclassError{

intid;//错误序号；

Stringinfo;//错误信息；

intline;//错误所在行

Wordword;//错误的单词

}

四元式

publicclassFourElement{

intid;//四元式序号，为编程方便

Stringop;//操作符

Stringarg1;//第一个操作数

Stringarg2;//第二个操作数

Objectresult;//结果

}

2、表

单词表

ArrayListwordList=newArrayList（）;//单词表

错误信息表

ArrayListerrorList=newArrayList（）;//错误信息列表

四元式列表

ArrayListfourElemList=newArrayList（）;

3、栈

LL1分析栈

StackanalyseStack=newStack（）;//分析栈

语义栈

StacksemanticStack=newStack（）;//语义栈

Stackif_fj,if_rj,while_fj,while_rj,for_fj,for_rj;

//ifwhilefor跳转地址栈，用于实现控制语句嵌套

Stackfor_op=newStack（）;

//for（YZ;G;Q）中Q的操作符号栈，用于实现for的嵌套

4.4程序流程图

1、词法分析流程图

2、LL1翻译器流程图

6、测试报告

1、测试用例1（测试for语句嵌套）

源程序：

voidmain（）

{

intsum=0,mul=1;

for（inti=1;i<11;i++）{

for（intj=i;j>0;j--）{

mul=mul*j;

}

sum=sum+mul;

}

}

词法分析结果：

语法分析结果：

生成的四元式：

参考资料

[1]陈意云编译原理和技术人民邮电出版社

[2]姜文清编译技术原理科学出版社

[3]迟忠先编译方法清华大学出版社

[4]郭浩志程序设计语言概论西安电子科技大学出版社

[5]杜淑敏编程程序设计原理人民邮电出版社

[6]王冰山形式语言高等教育出版社

[7]易文涛Java手册机械工业出版社

[8]董士海计算机软件工程环境和软件工具北京科学出版社