编译技术课程设计盛利.docx
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编译技术课程设计盛利
课程设计报告
（2010——2011年度第一学期）
课程名称：
编译技术课程设计
题目：
正则式到有限自动机的转换
院系：
控制与计算机工程学院
班级：
软件0801
学号：
1081250115
学生姓名：
盛利
指导教师：
齐林海
设计周数：
1周
成绩：
日期：
2011年1月1日
摘要
用c语言实现的从正规式到有穷自动机的转化，包括正规式转化成NFA，NFA转化成DFA，DFA的最小化。
从文件读入正规式，NFA或DFA。
如果读入正规式，则先将其转换为NFA，再将此NFA转换为DFA并最小化。
如果读入NFA，则将其转化为DFA并最小化。
如果读入DFA,则直接将其最小化。
通过编程实现正规式到有穷自动机的转化，让我们对课本上的转化过程更加清楚，明了。
关键字：
正规式NFADFA有穷自动机转化
ABSTRACT
Clanguagefromregulartypetotherealizationofthetransformationoffiniteautomaton,includingregulartypeintoNFA,NFAintoDFA,DFAminimization.Fromthedocumentintonormaltype,NFAorDFA.Ifreadinformaltype,thefirstconverttoNFA,thentheNFAconvertedtoDFAandminimized.IfreadNFA,thenconvertittoDFAandminimized.IfreadDFA,isdirectlyminimize.Throughtheprogrammingformaltypetothefiniteautomatontransformation,letusintheprocessoftransformationofthetextbook,moreclearlyunderstood.
Keyword:
Formaltype，NFA，DFA，finiteautomaton，transformation
目录
一、课程设计的目的5
二、课程设计的要求5
三、系统设计5
1.算法设计说明5
2.数据结构设计说明6
四、系统实现8
1.程序流程图8
2.重要编码实现说明8
五、课程设计总结及结论13
六、参考文献14
附录14
一、
课程设计的目的
本次课程设计的时间为1周，目的是通过实际的题目如：
词法分析、语法分析、代码优化等，使学生了解和掌握编译程序的工作原理，同时培养学生用相关的程序设计语言进行程序设计，实现编译的功能，从而提高学生的综合能力。
二、课程设计的要求
自己选一正规式；将其转换为DFA；编程实现此DFA；
任意输入一串符号判断是否符合。
三、系统设计
1.算法设计说明
程序可以以文件方式读取文法或自动机。
NFA的确定化
子集法
1．先把DFAM’中的Q’和F’置为空集；
2．M’的开始状态q0’=[q0]，把[q0]置为未标记后加入到Q’中；
3．如果Q’中存在未标记的状态[q1,q2,…，qi]，则对每个a∈∑定义：
δ’（[q1,q2,…，qi],a）=[p1,p2,…,pi]当且仅当δ（{q1,q2,…，qi},a）={p1,p2,…,pi}。
如果[q1,q2,…，qi]不在Q’中，则把它置为为标记后加入到Q’中；如果p1,p2,…,pi中至少有一个是M的终态，则同时把[p1,p2,…,pi]加入到F’中；然后给Q’中所有的状态都标记为止；
4．重复执行（3），直到不能向Q’中加入新状态，并且Q’中所有的状态都有标记为止；
5．重新命名Q’中的状态，最后获得等价的DFAM’
q1Qqq0Q0Q0q0
q1,qf
2.数据结构设计说明
constintOP=0;//操作符
constintOP_D=1;//操作数
typedefclass_EDGE
{
public:
intstart;
charinput;
intend;
friendbooloperator==（const_EDGE&a,const_EDGE&b）
{
return（a.start==b.start）&&（a.input==b.input）&&（a.end==b.end）;
}
}EDGE;//自动机的边
typedefstruct_NFA
{
intstart;
intend;
}NFA;//
classREManage
{
public:
REManage（）;
REManage（stringre）;
virtual~REManage（）;
//处理新的输入
voidProcess（）;
//测试输入字符串，判断能否由生成的DFA识别
boolTestString（stringstr）;
//设置正规式
voidsetRE（stringre）;
//设置NFA
voidsetNFA（vectoredge,vectorstart,vectorend）;
//设置DFA
voidsetDFA（vectoredge,intstart,vectorend）;
private:
//清空所有容器变量
voidclear（）;
//输出处理结果
voidOutputResult（）;
四、系统实现
1.程序流程图
2.重要编码实现说明
/********************分析RE函数**********************/
/*正规式到NFA的转换*/
voidProcessREToNFA（）;
intstate;//计数状态
inttype（charre）;//判断输入字符的类型:
OP,OP_D
RE到NFA转换有关函数
/*对单个输入字符构造相应的NFA*/
voidMakeNFA_S（charinput,NFA*n,vector&edge）;
/*构造某个NFA的闭包*/
voidMakeNFA_CL（NFA*result,NFA*op,vector&edge）;
/*构造两个NFA的或运算*/
voidMakeNFA_OR（NFA*result,NFA*left,NFA*right,vector&edge）;
/*构造两个NFA的与运算*/
voidMakeNFA_AND（NFA*result,NFA*left,NFA*right,vector&edge）;
/*****************NFA到DFA转换有关函数***********/
/*NFA到DFA的转换*/
voidProcessNFAToDFA（）;
/*找到集合input的$闭包，结果保存在集合output中*/
VoidFind_NULL_Closure（vectorinput,vector&output,vectoredge）;
/*计算集合input在输入为in时的所能达到的状态集合result*/
voidMove（vectorinput,charin,vector&result,vectoredge）;
/****************DFA最小化有关函数*****************/
/*最小化DFA*/
voidMinimizeDFA（）;
/*在DFA中当初态为start，输入为input时，返回终态*/
intMovdDFA（intstart,charinput）;
/*找到输入终态end所在的集合*/
intFindGather（intend,vector>gather）;
/*消除DFA中的无用状态*/
voidRemoveFutility（）;
/*合并DFA中的等价状态*/
voidCombineEquality（）;
/*************************************End**********************************/
ofstreamout;
//正规式对应的变量
stringre;//输入的正规式
vectorREInput;//正规式的输入符
boolisREUpdate;//正规式是否已更新
//NFA对应的变量
vectorNFAInput;//NFA的输入符
vectorstartNFA;//NFA的起始状态集
vectorendNFA;//NFA的终态集
vectorNFA_EDGE;//构造出的NFA的所有边的集合
boolisNFAUpdate;//NFA是否已更新
//DFA对应的变量
vectorDFAInput;//DFA的输入符
intstartDFA;//DFA的起始状态
vectorendDFA;//DFA的终态集
vectornonEndDFA;//DFA的非终态集
vectorDFA_EDGE;//由NFA所构造成的DFA的边的集合
vector>DFAStateGather;//DFA中各个状态对应于NFA中的状态集
boolisDFAUpdate;//DFA是否已更新
//DFA最小化后对应的变量
vectorminiDFAInput;//最小化后DFA的输入符
intminiStartDFA;//最小化后DFA的起始状态
vectorminiEndDFA;//最小化后DFA的终态集
vectorminiNonEndDFA;//最小化后DFA的非终态集
vectorMiniDFA_EDGE;//最小化后DFA中的边的集合
vector>miniStateGather;//最小化后DFA中各个状态对应于初始DFA中的状态集
1．程序运行效果截图说明
五、课程设计总结及结论
编译原理是一门很重要的课程。
我们平常写小的C语言程序会感到困难，而编译原理则是关于编写编译器的技术，难度之大可想而知。
编译器的编写一直被认为是十分困难的事情，难怪第一Fortran的编译器据说花了18年的时间才完成。
当然编译原理和编译技术并不是相同的，编译原理更注重理论方面的知识，编译技术更注重实际编写编译器过程中用到的技术。
以前我不重视数学的学习，现在发现好的数学基础对整个计算机的学习都是极有帮助的。
数学分析能力强的同学，对编译原理中的各种算法，各种理论理解起来就要容易些。
因为它们之间的许多东西是相通的，只是表现形式不一样而已。
还有好的语言功底也是很重要的，在编程序的过程中，有时会和一个小小的错误叫上半天的劲，等到最后才发现只是由于语法用的不正确，算法是可行的。
这样在一个小小的语法错误上浪费许多时间是很不值得，所以在今后的语言学习中，我会重视语法的细节。
另外在程序设计上，以前自己倾向于直接写程序，很少使用流程图。
后来发现先设计出流程图，那么程序的结构就会清晰的多，编写的时候也会更节省时间。
六、参考文献
1．陈意云，马万里编著。
编译原理与技术。
中国科学技术大学出版社，1989
2．肖军模编著。
程序设计语言编译方法（第三版）。
大连理工大学出版社，2000
3．蒋宗礼，姜守旭。
形式语言与自动机理论。
清华大学出版社，2002
4．郑阿奇，丁有和。
VisualC++教程。
机械工业出版社，2005
5．张素琴，吕映芝。
编译原理（第二版）清华大学出版社，2004.
附录（设计流程图、程序、表格、数据、运行结果等）
main.cpp
#pragmawarning（disable:
4786）
#include
#include
#include
#include
usingnamespacestd;
#include"REManage.h"
voidwaitForInput（）
{
cout<cout<<"输入完毕后，请按任意键开始处理...";
cout<getch（）;
HWNDnote=FindWindow（"notepad",NULL）;
:
:
SendMessage（note,WM_CLOSE,0,0）;
}
voidReadRE（string&re）
{
ifstreamin（"RE.txt"）;
in>>re;
}
voidReadTestString（vector&str）
{
ifstreamin（"TestString.txt"）;
stringtemp;
for（;getline（in,temp）,temp.size（）>0;）
{
str.push_back（temp）;
}
}
voidReadNFA（vector&edgeGather,vector&start,vector&end）
{
ifstreaminNFA（"NFA.txt"）;
EDGEedge;
intedgeNum,startNum,endNum,temp;
edgeGather.clear（）;
start.clear（）;
end.clear（）;
inNFA>>edgeNum;
for（inti=0;i{
inNFA>>edge.start>>edge.input>>edge.end;
edgeGather.push_back（edge）;
}
inNFA>>startNum;
for（i=0;i{
inNFA>>temp;
start.push_back（temp）;
}
inNFA>>endNum;
for（i=0;i{
inNFA>>temp;
end.push_back（temp）;
}
}
voidReadDFA（vector&edgeGather,intstart,vector&end）
{
ifstreaminDFA（"DFA.txt"）;
EDGEedge;
intedgeNum,startNum,endNum,temp;
edgeGather.clear（）;
end.clear（）;
inDFA>>edgeNum;
for（inti=0;i{
inDFA>>edge.start>>edge.input>>edge.end;
edgeGather.push_back（edge）;
}
inDFA>>startNum;
inDFA>>start;
inDFA>>endNum;
for（i=0;i{
inDFA>>temp;
end.push_back（temp）;
}
}
voidOutTestResult（vectorstr,vectorisPass）
{
ofstreamout（"TestResult.txt"）;
for（inti=0;i{
out<if（isPass[i]）
out<<"PASS"<else
out<<"FAILE"<}
}
voidmain（）
{
REManagetest;
ShellExecute（NULL,"open","instructions.txt",NULL,NULL,SW_SHOWNORMAL）;
cout<<"说明：
详见instructions.txt"<cout<<"请阅读后按任意键开始...";
getch（）;
HWNDnote=FindWindow（"notepad",NULL）;
:
:
SendMessage（note,WM_CLOSE,0,0）;
cout<stringre;//regularexpression
vectorstringGather;//teststringgather
vectoredgeGather;//edgegatherforbothNFAandDFA
intstartDFA=0;//startstateforDFA
vectorstartNFA;//startstategatherforNFA
vectorend;//endstategatherforbothNFAandDFA
vectorisPass;
for（;;）
{
stringGather.clear（）;
edgeGather.clear（）;
startNFA.clear（）;
end.clear（）;
isPass.clear（）;
intchoice=0;
cout<<"选择你的输入方式：
"<cout<<"1.输入正规式"<cout<<"2.输入NFA"<cout<<"3.输入DFA"<cout<<"0.退出"<cout<<"输入你的选择（1~4）：
";
cin>>choice;
switch（choice）
{
case1:
ShellExecute（NULL,"open","RE.txt",NULL,NULL,SW_SHOWNORMAL）;
waitForInput（）;
ReadRE（re）;
test.setRE（re）;
test.Process（）;
break;
case2:
ShellExecute（NULL,"open","NFA.txt",NULL,NULL,SW_SHOWNORMAL）;
waitForInput（）;
ReadNFA（edgeGather,startNFA,end）;
test.setNFA（edgeGather,startNFA,end）;
test.Process（）;
break;
case3:
ShellExecute（NULL,"open","DFA.txt",NULL,NULL,SW_SHOWNORMAL）;
waitForInput（）;
ReadDFA（edgeGather,startDFA,end）;
test.setDFA（edgeGather,startDFA,end）;
test.Process（）;
break;
case0:
exit（0）;
default:
cout<<"输入错误!
"<exit
（1）;
}
for（;;）
{
isPass.clear（）;
stringGather.clear（）;
cout<<"结果已经生成，请选择：
"<cout<<"1.测试生成串"<cout<<"2.完成"<cout<<"请输入你的选择：
";
cin>>choice;
if（choice==1）
{
ShellExecute（NULL,"open","TestString.txt",NULL,NULL,SW_SHOWNORMAL）;
waitForInput（）;
ReadTestString（stringGather）;
for（inti=0;i{
isPass.push_back（test.TestString（stringGather[i]））;
}
OutTestResult（stringGather,isPass）;
ShellExecute（NULL,"open","TestResult.txt",NULL,NULL,SW_SHOWNORMAL）;
}
else
{
HWNDnote=FindWindow（"notepad",NULL）;
:
:
SendMessage（note,WM_CLOSE,0,0）;
break;
}
}
HWNDnote=FindWindow（"notepad",NULL）;
:
:
SendMessage（note,WM_CLOSE,0,0）;
cout<}
}
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