广工编译原理实验报告.docx
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广工编译原理实验报告
编译原理实验报告
课程名称______编译原理_____
题目名称
学生学院__计算机学院______
专业班级____
学号__________
学生姓名________
指导教师__________
2012年1月15日
一、实验目的与要求
目的：
在分析理解一个教学型编译程序（如PL/0）的基础上，对其词法分析程序、语法分析程序和语义处理程序进行部分修改扩充。
达到进一步了解程序编译过程的基本原理和基本实现方法的目的。
要求：
对PL/0作以下修改扩充：
基本内容：
对PL/0作以下修改扩充：
（1）增加单词：
保留字ELSE，FOR，TO，DOWNTO，RETURN
运算符*=，/=，&，||，！
（2）修改单词：
不等号#改为<>
（3）增加条件语句的ELSE子句，要求：
写出相关文法，语法图，语义规则。
二、实验环境与工具
（1）计算机及操作系统：
PC机，WindowsXP，Windows7
（2）程序设计语言：
C/C++
（3）使用软件BorlandC++Builder6
（4）教学型编译程序：
PL/0
三、设计方案
1、结构设计说明
（1）PL/0语言编译器
PL/0语言可看成是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。
（2）PL/0编译程序的语法分析过程BLOCK是整个编译过程的核心。
这里根据编译程序的总体流程图，来弄清BLOCK过程在整个编译程序中的作用。
总流程图如下图所示：
PL/0的编译程序采用一趟扫描方式，以语法分析程序为核心，词法分析程序和代码生
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用词法分析程序，而当语法分析
正确需生成相应的目标代码时，则调用代码生成程序。
此外，用表格管理程序建立变量，常
量和过程标识符的说明与引用之间的信息联系。
用出错处理程序对词法和语法分析遇到的错
误给出在源程序中出错的位置和错误性质。
（3）各功能模块描述
过程或函数名
简要功能说明
pl0
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
测试当前单词符号是否合法
block
分程序分析处理过程
enter
登录名字表
position（函数）
查找标识符在名字表中的位置
constdeclaration
常量定义处理
vardeclaration
变量说明处理
listode
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（函数）
通过静态链求出数据区的基地址
2、主要成分描述
符号表
为了组成一条指令，编译程序必须知道其操作码及其参数（数或地址）。
这些值是由编译程序本身联系到相应标识符上去的。
这种联系是在处理常数、变量和过程说明完成的。
为此，标识符表应包含每一标识符所联系的属性；如果标识符被说明为常数，其属性值为常数值；如果标识符被说明成变量，其属性就是由层次和修正量（偏移量）组成的地址；如果标识符被说明为过程，其属性就是过程的入口地址及层次。
常数的值由程序正文提供，编译的任务就是确定存放该值的地址。
我们选择顺序分配变量和代码的方法；每遇到一个变量说明，就将数据单元的下标加一（PL/0机中，每个变量占一个存贮单元）。
开始编译一个过程时，要对数据单元的下标dx赋初值，表示新开辟一个数据区。
dx的初值为3，因为每个数据区包含三个内部变量RA，DL和SL。
运行时存储组织和管理
对于源程序的每一个过程（包括主程序），在被调用时，首先在数据段中开辟三个空间，存放静态链SL、动态链DL和返回地址RA。
静态链记录了定义该过程的直接外过程（或主程序）运行时最新数据段的基地址。
动态链记录调用该过程前正在运行的过程的数据段基址。
返回地址记录了调用该过程时程序运行的断点位置。
对于主程序来说，SL、DL和RA的值均置为0。
静态链的功能是在一个子过程要引用它的直接或间接父过程（这里的父过程是按定义过程时的嵌套情况来定的，而不是按执行时的调用顺序定的）的变量时，可以通过静态链，跳过个数为层差的数据段，找到包含要引用的变量所在的数据段基址，然后通过偏移地址访问它。
在过程返回时，解释程序通过返回地址恢复指令指针的值到调用前的地址，通过当前段基址恢复数据段分配指针，通过动态链恢复局部段基址指针。
实现子过程的返回。
对于主程序来说，解释程序会遇到返回地址为0的情况，这时就认为程序运行结束。
解释程序过程中的base函数的功能，就是用于沿着静态链，向前查找相差指定层数的局部数据段基址。
这在使用sto、lod、stoArr、lodArr等访问局部变量的指令中会经常用到。
类PCODE代码解释执行的部分通过循环和简单的case判断不同的指令，做出相应的动作。
当遇到主程序中的返回指令时，指令指针会指到0位置，把这样一个条件作为终至循环的条件，保证程序运行可以正常的结束。
语法分析方法
语法分析子程序采用了自顶向下的递归子程序法，语法分析同时也根据程序的语义生成相应三元代码，并提供了出错处理的机制。
语法分析主要由分程序分析过程（BLOCK）、参数变量分析过程（ParaDeclaration）、参数变量处理过程（ParaGetSub）、数组处理过程（ParaGetSub）、常量定义分析过程（ConstDeclaration）、变量定义分析过程（Vardeclaration）、语句分析过程（Statement）、表达式处理过程（Expression）、项处理过程（Term）、因子处理过程（Factor）和条件处理过程（Condition）构成。
这些过程在结构上构成一个嵌套的层次结构。
除此之外，还有出错报告过程（Error）、代码生成过程（Gen）、测试单词合法性及出错恢复过程（Test）、登录名字表过程（Enter）、查询名字表函数（Position）以及列出类PCODE代码过程（Listcode）作过语法分析的辅助过程。
中间代码表示
中间代码是是源程序的一种内部表示，复杂性介于源语言和目标机语言之间。
中间代码的表示方法有逆波兰式、三元式、树形、四元式等。
（1）逆波兰记号是最简单的一种中间代码表示形式，早在编译程序出现之前，它就用于表示算术表达式。
后缀表示法表示表达式，其最大的优点是易于栈式计算机处理表达式。
（2）每个三元式由三个部分组成：
A.算符op
B.第一运算对象ARG1
C.第二运算对象ARG2
运算对象可能是源程序中的变量，也可能是某个三元式的结果，用三元式的编号表示。
（3）树形表示是三元式表示的翻版。
（4）四元式是一种比较普遍采用的中间代码形式：
算符op，运算对象ARG1，运算对象ARG2，运算结果RESULT
四、开发过程和完成情况
1.增加单词：
保留字ELSE，FOR，TO，DOWNTO，RETURN
运算符*=，/=，&，||，！
新增5个保留字和5个运算符，合计10个单词。
其中保留字ELSE，FOR，TO，DOWNTO，RETURN分别对应ELSESYM,FORSYM,TOSYM,DOWNTOSYM,RETURNSYM；
运算符*=，/=，&，||，！
分别对应
TIMESBECOMES,SLASHBECOMES,ANDSYM,ORSYM,NOTSYM。
本实验只要求做词法分析部分，实验结果只能识别新增的保留字和运算符并打印显示出来。
1.1保留字
typedefenum{NUL,IDENT,NUMBER,PLUS,MINUS,TIMES,
SLASH,ODDSYM,EQL,NEQ,LSS,LEQ,GTR,GEQ,
LPAREN,RPAREN,COMMA,SEMICOLON,PERIOD,
BECOMES,BEGINSYM,ENDSYM,IFSYM,THENSYM,
WHILESYM,WRITESYM,READSYM,DOSYM,CALLSYM,
CONSTSYM,VARSYM,PROCSYM,PROGSYM,
ELSESYM,FORSYM,TOSYM,DOWNTOSYM,RETURNSYM,
TIMESBECOMES,SLASHBECOMES,ANDSYM,ORSYM,NOTSYM
}SYMBOL;
char*SYMOUT[]={"NUL","IDENT","NUMBER","PLUS","MINUS","TIMES",
"SLASH","ODDSYM","EQL","NEQ","LSS","LEQ","GTR","GEQ",
"LPAREN","RPAREN","COMMA","SEMICOLON","PERIOD",
"BECOMES","BEGINSYM","ENDSYM","IFSYM","THENSYM",
"WHILESYM","WRITESYM","READSYM","DOSYM","CALLSYM",
"CONSTSYM","VARSYM","PROCSYM","PROGSYM",
"ELSESYM","FORSYM","TOSYM","DOWNTOSYM","RETURNSYM",
"TIMESBECOMES","SLASHBECOMES","ANDSYM","ORSYM","NOTSYM"};
strcpy（KWORD[1],"BEGIN"）;strcpy（KWORD[2],"CALL"）;
strcpy（KWORD[3],"CONST"）;strcpy（KWORD[4],"DO"）;
strcpy（KWORD[5],"DOWNTO"）;strcpy（KWORD[6],"ELSE"）;
strcpy（KWORD[7],"END"）;strcpy（KWORD[8],"FOR"）;
strcpy（KWORD[9],"IF"）;strcpy（KWORD[10],"ODD"）;
strcpy（KWORD[11],"PROCEDURE"）;strcpy（KWORD[12],"PROGRAM"）;
strcpy（KWORD[13],"READ"）;strcpy（KWORD[14],"RETURN"）;
strcpy（KWORD[15],"THEN"）;strcpy（KWORD[16],"TO"）;
strcpy（KWORD[17],"VAR"）;strcpy（KWORD[18],"WHILE"）;
strcpy（KWORD[19],"WRITE"）;
WSYM[1]=BEGINSYM;WSYM[2]=CALLSYM;
WSYM[3]=CONSTSYM;WSYM[4]=DOSYM;
WSYM[5]=DOWNTOSYM;WSYM[6]=ELSESYM;
WSYM[7]=ENDSYM;WSYM[8]=FORSYM;
WSYM[9]=IFSYM;WSYM[10]=ODDSYM;
WSYM[11]=PROCSYM;WSYM[12]=PROGSYM;
WSYM[13]=READSYM;WSYM[14]=RETURNSYM;
WSYM[15]=THENSYM;WSYM[16]=TOSYM;
WSYM[17]=VARSYM;WSYM[18]=WHILESYM;
WSYM[19]=WRITESYM;
SSYM['+']=PLUS;SSYM['-']=MINUS;
SSYM['*']=TIMES;SSYM['/']=SLASH;
SSYM['（']=LPAREN;SSYM['）']=RPAREN;
SSYM['=']=EQL;SSYM[',']=COMMA;
SSYM['.']=PERIOD;
SSYM[';']=SEMICOLON;SSYM['&']=ANDSYM;
SSYM['!
']=NOTSYM;
在voidSTATEMENT（SYMSETFSYS,intLEV,int&TX）{}函数中增加：
caseFORSYM:
GetSym（）;
Form1->printfs（"~~~~FORSYUM~~~~"）;
break;
caseTOSYM:
GetSym（）;
Form1->printfs（"~~~~TOSYM~~~~"）;
break;
caseDOWNTOSYM:
GetSym（）;
Form1->printfs（"~~~~DOWNTOSYM~~~~"）;
break;
caseRETURNSYM:
GetSym（）;
Form1->printfs（"~~~~RETURNSYM~~~~"）;
break;
1.2运算符
1.2.1在GetSym（）函数中增加：
else
if（CH=='*'）{
GetCh（）;
if（CH=='='）{
SYM=TIMESBECOMES;
GetCh（）;
}
elseSYM=TIMES;
}
else
if（CH=='/'）{
GetCh（）;
if（CH=='='）{
SYM=SLASHBECOMES;
GetCh（）;
}
elseSYM=SLASH;
}
else
if（CH=='&'）{
SYM=ANDSYM;
GetCh（）;
}
else
if（CH=='|'）{
GetCh（）;
if（CH=='|'）{
SYM=ORSYM;
GetCh（）;
}
elseError（19）;
}
else
if（CH=='!
'）{
SYM=NOTSYM;
GetCh（）;
1.2.2在voidSTATEMENT（SYMSETFSYS,intLEV,int&TX）{}函数中增加：
caseTIMESBECOMES:
GetSym（）;
Form1->printfs（"~~~~*=~~~~"）;
break;
caseSLASHBECOMES:
GetSym（）;
Form1->printfs（"~~~~/=~~~~"）;
break;
caseANDSYM:
GetSym（）;
Form1->printfs（"~~~~&~~~~"）;
break;
caseORSYM:
GetSym（）;
Form1->printfs（"~~~~||~~~~"）;
break;
caseNOTSYM:
GetSym（）;
Form1->printfs（"~~~~!
~~~~"）;
break;
1.3保留字的个数
原保留字个数是14，故constNORW=14;/*#OFRESERVEDWORDS*/
因为新增加保留字5个，故应改为：
constNORW=19;/*#OFRESERVEDWORDS*/
1.4单词总数
原单词总数是33，故所有“i<33”（i实际上是指单词总数）
因为新增加单词10个，故应改为“i<43”。
为了方便以后新增加单词，特加入了常量constWNUM=43;然后把所有的43替换成了WNUM，以后要增加单词，就可以直接修改该值，不必再重新把所有的值找出来做替换。
2.修改单词：
不等号#改为<>
（1）把源代码中的程序段SSYM['#']=NEQ;删除或注释消去。
（2）在GetSym（）过程中把分析到的<>定义为不等号＃，从“<”切入修改。
else/*THEFOLLOWINGTWOCHECKWEREADDED
BECAUSEASCIIDOESNOTHAVEASINGLECHARACTERFOR<=OR>=*/
if（CH=='<'）{
GetCh（）;
if（CH=='='）{SYM=LEQ;GetCh（）;}
elseif（CH=='>'）{SYM=NEQ;GetCh（）;}
elseSYM=LSS;
}
else
if（CH=='>'）{
GetCh（）;
if（CH=='='）{SYM=GEQ;GetCh（）;}
elseSYM=GTR;
}
3.增加条件语句的ELSE子句，要求：
写出相关文法，语法图，语义规则。
（1）相关文法
G（S）:
S→ifSelseS|ifS|a
（2）语法图
（3）语义规则
产生式
语义规则
SifBthenMS1
{backpatch（E.truelist,M.quad）;
S.nextlist:
=merge（E.falselist,S1.nextlist）}
Mε
{M.quad:
=nextquad;}
Nε
{N.nextlist:
=makelist（nextquad）;
Gen（j,—,—,0）}
SifBthenM1S1
NelseM2S2
{backpatch（E.truelist,M1.quad）;
backpatch（E.falselist,M2.quad）;
S.nextlist:
=merge（S1.nextlist,
N.nextlist,S2.nextlist）}
（4）代码修改
caseIFSYM:
GetSym（）;
CONDITION（SymSetUnion（SymSetNew（THENSYM,DOSYM）,FSYS）,LEV,TX）;
if（SYM==THENSYM）GetSym（）;
elseError（16）;
CX1=CX;GEN（JPC,0,0）;
STATEMENT（SymSetUnion（SymSetNew（ELSESYM）,FSYS）,LEV,TX）;
if（SYM!
=ELSESYM）CODE[CX1].A=CX;
else
{
GetSym（）;
CX2=CX;
GEN（JMP,0,0）;
CODE[CX1].A=CX;
STATEMENT（FSYS,LEV,TX）;
CODE[CX2].A=CX;
}
break;
五、实验结果
1.测试代码
本代码可以测试所有实验内容。
PROGRAMEX01;
VARA,B,C;
BEGIN
B:
=6;
C:
=3;
READ（A）;
IFA<>1THEN
WRITE（B）
ELSE
WRITE（C）;
*=;
/=;
&;
||;
!
;
FOR;
TO;
DOWNTO;
RETURN;
END.
2.实验结果
六、心得体会
本次实验在理解课程内容的基础上，总的来说难度不算很大。
其中增添保留字和运算符以及修改单词是学习编译程序的基本操作，易于理解，因为只涉及到词法分析，只要识别新增的保留字和运算符并打印显示出来就算完成。
实现单词对应的扩展功能则比较麻烦，需要不断的调试，直到保证语法单词检测结果正确才能够完成。
头一次实验不是十分理解，经过老师的讲解和提醒总算有了清晰的基本思路。
虽然在调试实验ELSE字句功能的时候遇到不少小错误，在和同学探讨和认真分析后，最终找到了解决方案。
在实验课程中，本人能够善于思考，勇于创新，例如，在单词总数的问题上，为了方便以后新增加单词，加入了常量constWNUM=43;然后把所有的43替换成了WNUM，以后要增加单词，就可以直接修改该值，不必再重新把所有的值找出来做替换。
通过这次实验，我对编译原理这门课程有了更深刻的理解，同时也提升了自己的代码分析能力和动手编程能力。
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