《编译原理》实验说明书.docx
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《编译原理》实验说明书
《编译原理》
实验指导书
执笔人：
陈义仁
2008年3月
实验一词法分析器的设计
一、实验目的和要求
加深对状态转换图的实现及词法分析器的理解。
熟悉词法分析器的主要算法及实现过程。
要求学生掌握词法分析器的设计过程，并实现词法分析。
二、实验基本内容
给出一个简单语言的词法规则，画出状态转换图，并依据状态转换图编制出词法分析程序，能从输入的源程序中，识别出各个具有独立意义的单词，即基本保留字、标识符、常数、运算符、分隔符五大类。
并依次输出各个单词的内部编码及单词符号自身值。
（遇到错误时可显示“Error”，然后跳过错误部分继续显示）
词法规则如下：
单词符号
种别码
内码
单词符号
种别码
内码
break
101
＞＝
209
char
102
＜
210
do
103
＜＝
211
double
104
＝＝
212
else
105
！
＝
213
float
106
&&
214
for
107
||
215
if
108
!
216
int
109
＜＜
217
return
110
＞＞
218
void
111
|
219
while
112
&
220
＋
201
＝
221
－
202
＋＝
222
*
203
－＝
223
/
204
*＝
224
%
205
／＝
225
＋＋
206
%＝
226
－－
207
＞＞＝
227
＞
208
＜＜＝
228
单词符号
种别码
内码
单词符号
种别码
内码
&＝
229
}
306
|＝
230
#
307
[
301
；
308
]
302
309
（
303
标识符
400
）
304
常数
500
二进制形式
{
305
三、实验时间：
上机三次。
第一次按照自己的思路设计一个程序。
第二、三次在理论课学习后修改程序，使得程序结构更加合理。
四、实验过程和指导：
（一）准备：
1.阅读课本有关章节（c/c++，数据结构），花一周时间明确语言的语法，写出基本算法以及采用的数据结构和要测试的程序例。
2.初步编制好程序。
3.准备好多组测试数据。
（二）上课上机：
将源代码拷贝到机上调试，发现错误，再修改完善。
（400，”main”）
（303，”（“）
（304，”）“）
（305，”{“}
（109，”int”）
（400，”a”）
（309，”,”）
（400，”b”）
（308，”;”）
（400，”a”）
（221，”=”）
（500，”1010”）
（308，”;”）
（400，”b”）
（221，”=”）
（400，”a”）
（201，”+”）
（500，”10100”）
（308，”;”）
（306，”}“）
（三）程序要求：
程序输入/输出示例：
输入如下一段：
main（）
{
/*
一个简单的c++程序
*/
inta,b;//定义变量
a=10;
b=a+20;
}
要求输出如右图。
要求：
（1）剔除注解符
（2）常数为无符号整数（可增加实型数，字符型数等）
（四）练习该实验的目的和思路：
程序开始变得复杂起来，可能是大家以前编过的程序中最复杂的，但相对于以后的程序来说还是简单的。
因此要认真把握这个过渡期的练习。
程序规模大概为200行及以上。
通过练习，掌握对字符进行灵活处理的方法。
（五）为了能设计好程序，注意以下事情：
1.模块设计：
将程序分成合理的多个模块（函数/类），每个模块（类）做具体的同一事情。
2.写出（画出）设计方案：
模块关系简图、流程图、全局变量、函数接口等。
3.编程时注意编程风格：
空行的使用、注释的使用、缩进的使用等。
4．程序设计语言不限，建议使用面向对象技术及可视化编程语言，如C++，VC,JAVA,VJ++等。
四、上交：
1.程序源代码及可执行文件（当堂检查/通过网络提交）；
2.已经测试通过的测试数据3组（全部存在一个文本文件中，以“第一组输入/输出/第二组输入/输出/第三组输入/输出”的顺序存放）；
3.实验报告按照提供的模板填写：
（1）功能描述：
该程序具有什么功能？
（2）算法描述：
所采用的数据结构，基本实现算法及某些特殊过程的实现算法（如在处理某个问题时，你所采取的好的处理方法等）注意此处不要简单的将源程序抄上来。
（源程序将打印出来作为附录）
（3）程序结构描述：
函数调用格式、参数含义、返回值描述、函数功能；另外可以附加函数之间的调用关系图、程序总体执行流程图及类的层次图。
（4）实验总结：
你在编程过程中花时多少？
多少时间在纸上设计？
多少时间上机输入和调试？
多少时间在思考问题？
遇到了哪些难题？
你是怎么克服的？
你对你的程序的评价？
你的收获有哪些？
（5）写出上机调试时发现的问题，以及解决的过程；
（6）附上源程序（打印的）
五、问题描述及基本算法提示
1．状态转换图的实现
让每个结点对应一小段程序。
需引进一组全局变量和过程
（1）ch字符变量，存放最新读进的源程序字符。
（2）strToken字符数组，存放构成单词符号的字符串。
（3）GetChar子程序过程，将下一输入字符读到ch中，搜索指示器前移一字符位置。
（4）GetBC子程序过程，检查ch中字符是否为空白。
若是，则调用GetChar直至ch中进入一个非空白字符。
（5）Concat子程序过程，将ch中的字符连接到strToken之后。
例如，假定strToken原来的值为“AB”,而ch中存放着’C’,经调用Concat后，strToken的值就变为”ABC”。
（6）IsLetter和IsDigit布尔函数过程，它们分别判断ch中的字符是否为字母和数字。
（7）Reserve整型函数过程，对strToken中的字符找保留字表，若它是一个保留字，则返回它的编码，否则返回0值。
（8）Retract子程序过程，将搜索指示器回调一个字符位置，将ch置为空白字符。
（9）InsertId整型函数过程，将strToken中的标识符插入符号表，返回符号表指针。
（10）InsertConst整型函数过程，将strToken中的常数插入常数表，返回常数表指针。
2．词法分析器构造基本算法
intcode,value;
strToken:
=“”;置strToken为空串＊／
GetChar（）;GetBC（）;
if（IsLetter（））
begin
while（IsLetter（）orIsDigit（））
begin
Concat（）;GetChar（）;
end
Retract（）;
code:
=Reserve（）;
if（code=0）
begin
value:
=InsertId（strToken）;
return（$ID,value）;
end
else
return（code,-）;
end
elseif（IsDigit（））
begin
while（IsDigit（））
begin
Concat（）;GetChar（）;
end
Retract（）;
value:
=InsertConst（strToken）;
returnr（$INT,value）;
end
elseif（ch=‘=‘）retutn（$ASSIGN,-）;
elseif（ch=‘+’）return（$PLUS,-）;
elseif（ch=’*’）
begin
GetChar（）;
If（ch=‘*’）return（$POWER,-）;
Retract（）;return（$STAR,-）;
end
elseif（ch=‘;’）return（$SEMICOLON,-）;
elseif（ch=‘（‘）return（$LPAR,-）;
elseif（ch=‘）’）return（$RPAR,-）;
elseif（ch=‘{‘）return（$LBRACE,-）;
elseif（ch=‘）’）rerurn（$RBRACE,）;
elseProcError（）;/错误处理/
实验二①语法分析器设计之一
---预测分析器
一．实验目的和要求
理解预测分析器程序的构造过程,掌握预测分析程序的设计.
二．实验基本内容
编写预测分析程序，能实现：
1.给定文法，消除左递归及左公因子
2．构造并输出FIRST和FOLLOW（A）
3.构造并输出分析表,判断是否为LL
（1）文法
4.任意输入一个输入串,可得到成功的分析或错误的提示，输出其分析过程或打印语法分析树。
三．问题描述及算法提示
1．理解左递归消除算法及左公因子的提取。
2．求出FIRST（α）和FOLLOW（A）
（1）FIRST（X）构造算法：
①若X∈VT,则FIRST（X）＝｛X｝
②若X∈VN,且有产生式X→a…,则a加入FIRST（X）,若X→ε，则ε加入FIRST（X）
③若X→Y…是一产生式且Y∈VN,则把FIRST（Y）中所有的非ε元素加到FIRST（X）中；若X→Y1Y2…YK是一个产生式，Y1,Y2,…,Yi-1∈VN,且对于,,FIRST（Yj）都含有ε（Y1…Yi-1=*>ε）,则把FIRST（Yi）中所有非ε元素都加到FIRST（X）中；若所有FIRST（Yj）均含有ε,j=1,2,…,k,则把ε加到FIRST（X）中。
④重复②、③直到所有FIRST（X）不再扩大为止。
（2）FOLLOW（B）构造算法：
①对于文法的开始符号S,把#加入FOLLOW（S）。
（由语句括号“#S#”中的S#得到）
②若有A→αBβ（α可为空）,则将FIRST（β）\{ε}加入FOLLOW（B）。
③若有A→αB或A→αBβ且β=*>ε,则把FOLLOW（A）加入到FOLLOW（B）。
④重复②、③直到FOLLOW集不再增大为止。
3．依据FIRST（A）和FOLLOW（A）构造分析表
①对文法G的每个产生式A→α执行②，③
②对任意a∈FIRST（α）,把A→α加至M[A,a]中
③若ε∈FIRST（α）,则对任意b∈FOLLOW（A）,把A→α加至M[A,b]中
④把所有无定义的M[A,a]标上“出错标志”
4．依据分析表进行分析
将“#”和文法开始符号依次入栈;
把第一个输入符读入a;
while
（1）
{把栈顶符号弹出并放入x中;
if（x∈VT）{
if（x＝＝a）将下一输入符读入a;
elseerror（）;}
elseif（x==‘#’）{
if（x==a）break;
elseerror（）;}
elseif（M[x,a]＝＝“x→y1y2…yk”）
把ykyk-1…y1依次入栈;//即y1y2…yk逆序依次入栈
//若y1y2…yk=ε，则不进行入栈操作
elseerror（）;
}
实验二②语法分析器设计之二
――算符优先分析器
一．实验目的和要求
熟悉FIRSTVT、LASTVT、优先关系表构造算法的实现，掌握算符优先分析器的构造过程。
二．实验基本内容
编写一个自下而上的语法分析程序，能够实现
1．输入文法，判断是否为算符文法
2．输出该文法的每个非终结符的FIRSTVT集和LASTVT集
3．构造并输出分析表，判断是否为算符优先文法，若不是提示无法进行分析
4．生成算符优先文法语法分析程序
5．用户输入句子若合法,输出归约的过程或语法树
三．问题描述及算法提示
1．理解算符文法，算符优先文法的概念
2．求出FIRSTVT和LASTVT
3．依据FIRSTVT，LASTVT构造优先表
FOR每条产生式P→X1X2…Xn
FORI:
=1TOn-1DO
BEGIN
IFXi和Xi+1均为终结符THEN置
Xi＝Xi+1
IFi≤n－2且Xi和Xi+2都为终结符
但Xi+1为非终结符THEN置Xi＝Xi+2
IFXi为终结符而且Xi+1为非终结符THEN
FORFIRSTVT（Xi+1）中的每个aDO
置Xi＜a
IFXi为非终结符而且Xi+1为终结符THEN
FORLASTVT（Xi）中的每个aDO
置a＞Xi+1
END
4.依据分析表进行算符优先分析
k=1;S[k]=‘#’;//k代表栈S的使用深度
do{a=下一个输入符;
if（S[k]∈VT）j=k;elsej=k−1;/*j指栈顶终结符，任何两终结符之间最多只有一非终结符，故若S[k]∈VT则S[k−1]∈VT*/
while（S[j]>a）{//找出最左子串S[j]⋖S[j+1]…S[k]⋗a
do{Q=S[j];//j从最左素短语末逐步移向首
if（S[j−1]∈VT）j=j−1;elsej=j−2;
}while（S[j]=Q）;
把S[j+1]…S[k]归约为某个N;
k=j+1;S[k]=N;//将归约后的非终结符N置于原S[j+1]位
//置
}
if（（S[j]elseerror（）;//若栈顶S[j]}while（a!
=‘#’）;
实验三语法分析器设计之三
――LR分析器
一．实验目的和要求
使学生理解LR分析器的构造过程及产生分析表的具体算法
二．实验基本内容
选择一种LR文法（LR（0）、SLR
（1）、LALR
（1）、LR
（1）），设计出一个LR分析器，能够实现：
1．对输入的文法进行判断，是否为相应LR文法，若不是提示重新输入文法。
2．输出相应的项目集规范簇
3．输出相应的LR分析表。
4．输入一个句子，输出其分析过程（移进，归约，接受）
三．问题描述及算法提示
1．文法进行拓广
2．构造I的闭包CLOSURE（I）
I是文法G的任一项目集。
（1）I的任何项目都属于CLOSURE（I）
（2）若A→α•Bβ属于CLOSURE（I）。
则关于B∈VN的产生式
B→γ项目B→•γ∈CLOSURE（I）
（3）重复执行上述步骤直至CLOSURE（I）不再增大。
3．求出状态转换函数GO（I，X）
GO（I，X）＝CLOSURE（J）
J＝{形如A→α•Xβ的项目|A→α•Xβ属于I}
4．求出项目集规范族C的算法
（1）CLOSURE（{S’→•S}）C
（2）对C中每一项目集I和文法G’的每个符号X做
若GO（I,X）非空且不属于C,则把GO（I,X）加入C
（3）重复1,2直至C不再增大为止.
5.分析表构造
假定C={I0,I1…In},每个项目Ik的下标K作为分析器状态,令包含项目S’→•S的集合Ik的下标K为初态.
分析表的ACTION子表和GOTO子表的构造
（1）若项目A→α•aβ属于Ik且GO（Ik，a）＝Ij.a∈VT,则置ACTION[k,a]为”把（j,a）移进栈”,简记为Sj
（2）若项目A→α•∈Ik,那么对于任意a∈VT（或#）置ACTION[k,a]为“用产生式A→α进行归约”简记为rj（A→α是文法G’的第j个产生式）
（3）若项目S’→•S∈Ik,则置ACTION[k,#]为“接受“，记为“acc”
（4）若GO（Ik,A）=Ij,A为非终结符,置GO[k,a]=j
（5）分析表中凡不能用规则1—4填入信息的空白格置上“报错标志”
6.写出总控程序进行分析
输入：
一个输入串ω和一张LR分析表
输出：
若ω∈L（G），对于ω的一个自下而上的分析，否则出错。
开始时，（S0，＃）在分析栈顶，ω＃在输入缓冲区
ip指向输入串ω的第一个输入符号
while（t=True）DO
BEGIN
使S是栈顶状态，a是ip指向的符号；
ifaction[s,a]=sjthen
Begin
将a和j压入分析栈，
修改ip，使其指向下一个输入符号；
end；
elseifaction[s,a]=rj（A→β）
Begin
从分析栈顶弹出2×|β|个符号，
令S’是当前栈顶状态;
将A和goto[s’,A]压入分析栈;
{输出产生式A→β}
end
elseifaction[s,a]=acc
return
else
error（）;
endif;
endif;
endif;
endofwhile;
end;
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