编译原理实验报告分析.pdf

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1、学年第学期 编译原理实验报告 学院（系）：计算机科学与工程学院 班级：11303070A 学号：11303070* 姓名：无名氏 指导教师：保密式 时间：2016 年7 月 目录 1实验目的 1 2实验内容及要求 1 3实验方案设计 1 3.1 编译系统原理介绍 . 1 3.1.1 编译程序介绍 2 3.1.2 对所写编译程序的源语言的描述 2 3.2 词法分析程序的设计 . . 3 3.3 语法分析程序设计 . . 4 3.4 语义分析和中间代码生成程序的设计 4 4. 结果及测试分析 4 4.1 软件运行环境及限制 4 4.2 测试数据说明 5 4.3 运行结果及功能说明 5 5总结及心得

2、体会 7 1 1实验目的 根据 Sample语言或者自定义的某种语言，设计该语言的编译前端。包括词 法分析，语法分析、语义分析及中间代码生成部分。 2实验内容及要求 （1）词法分析器 输入源程序，输出对应的token 表，符号表和词法错误信息。按规则拼单词， 并转换成二元形式；滤掉空白符，跳过注释、换行符及一些无用的符号；进行行 列计数，用于指出出错的行列号，并复制出错部分；列表打印源程序；发现并定 位词法错误； （2）语法分析器 输入 token串，通过语法分析，寻找其中的语法错误。要求能实现Sample 语言或自定义语言中几种最常见的、基本的语法单位的分析： 算术表达式、 布尔 表达式、赋

3、值语句、 if 语句、 for 语句、 while 语句、 do while 语句等。 （3）语义分析和中间代码生成 输入 token串，进行语义分析，修改符号表，寻找其中的语义错误，并生 成中间代码。要求能实现Sample语言或自定义语言中几种最常见的、基本的语 法单位的分析：算术表达式、布尔表达式、赋值语句、if 语句、 for 语句、 while 语句、 do while 语句等。 实验要求：功能相对完善，有输入、输出描述，有测试数据，并介绍不足。 3实验方案设计 3.1 编译系统原理介绍 编译器逐行扫描高级语言程序源程序，编译的过程如下： (1). 词法分析 识别关键字、字面量、标识符

4、(变量名、数据名 )、运算符、注释行 (给人看 的，一般不处理 )、特殊符号 (续行、语句结束、数组 )等六类符号，分别归类等待 处理。 (2). 语法分析 一个语句看作一串记号(Token)流，由语法分析器进行处理。按照语言的文 法检查判定是否是合乎语法的句子。如果是合法句子就以内部格式保存，否则报 错。直至检查完整个程序。 (3). 语义分析 语义分析器对各句子的语法做检查：运算符两边类型是否相兼容； 该做哪些 类型转换(例如，实数向整数赋值要 “取整“)；控制转移是否到不该去的地方；是 2 否有重名或者使语义含糊的记号，等等。如果有错误，则转出错处理，否则可以 生成执行代码。 (4).

5、中间代码生成 中间代码是向目标码过渡的一种编码，其形式尽可能和机器的汇编语言相 似，以便下一步的代码生成。 但中间码不涉及具体机器的操作码和地址码。采用 中间码的好处是可以在中间码上做优化。 (5). 优化 对中间码程序做局部优化和全局(整个程序 )优化，目的是使运行更快，占 用空间最小。局部优化是合并冗余操作，简化计算，例如x:=0 可用一条 “清零“ 指令替换。全局优化包括改进循环、减少调用次数和快速地址算法等。 (6). 代码生成 由代码生成器生成目标机器的目标码(或汇编 )程序，其中包括数据分段、 选定寄存器等工作，然后生成机器可执行的代码。 3.1.1 编译程序介绍 编译程序是指把用

6、高级程序设计语言书写的源程序，翻译成等价的机器语 言格式目标程序的翻译程序。编译程序属于采用生成性实现途径实现的翻译程 序。它以高级程序设计语言书写的源程序作为输入，而以汇编语言或机器语言 表示的目标程序作为输出。编译出的目标程序通常还要经历运行阶段，以便在 运行程序的支持下运行，加工初始数据，算出所需的计算结果。 3.1.2 对所写编译程序的源语言的描述 Sample语言是一种类 PASCAL 语言，他以赋值语句为基础，包括顺序、条 件和循环三种结构。有变量说明和常量说明，有多种数据类型、如整型、实型、 字符型等。它包括如下一些语法成分： (1). 数据类型：整型、布尔型、实型和字符类型。

7、(2). 表达式：可进行算术、布尔表达式的运算。 (3). 说明语句：常量说明（用const定义） 、变量说明（用 var 定义） 。 (4). 赋值语句。 (5). 控制语句： if 语句、while 语句， repeat语句和 for 循环语句。 (6). Begin end复合语句。 (7). 程序（ program）语句和结束（ end.）语句。 3 3.2 词法分析程序的设计 初始化 打开源文件 源程序结束 结束 一行一行地处 理 用stri存储 读到的每个单 词 根据第一个字符 进行分类 字母 识别标识符 / 关键字 处理注释和除 号 识别运算符 isoperator(stri)

8、识别数值常数 isdigit(stri) 识别界符 isbound(stri) 是关键字？ 在符号表 中？ N N 插入到符号表 中 在界符表中？ N 出错处理 error 注释号 Y Y Y 图 1 词法分析总流程 词法分析将源程序读入一个个的字符，根据一定的构词规则，识别出各类 有用的单词。 当输入字母时， 开始识别标识符或关键宇， 边拼写边从缓冲区读入 下一符号，当读入一非字母数字符号时， 标识符识别完成， 但已多读入一个符号， 所以列记数回退。 然后查关键字表， 判断拼出的符号串是否为关键字。若是关键 字，输出其种别码。否则识别的单词就是标识符，同时输出标识符及其种别码。 当输入数字时

9、，开始识别整数或实数。边拼写边读入下一符号，当遇到“. ”时， 还要继续拼写该常数 ( 实数情况 ) 。如果遇到 E，要识别带指数的常数，当遇到其 它非数字符号时，数字常数拼写完毕，列计数也要退1。输出常数及其种别码。 当输入“ / ”时，开始识别注解或除号，若是注解时，最后两个连续读出的符号 是“*/ ” ，不需再读下一符号，列计数不变。当判定是除号“/ ”时，已多读入一 字符，列计数 1，输出“ / ”的种别码。 4 3.3 语法分析程序设计 Token 文件 处理程序头 部 处理常量说 明 处理变量说 明 根据读取的 前导字对语 句进行分类 处理赋值语 句 处理 for 语句 处理 if

10、语句 处理 while 语 句 处理程序结 束部分 输出文件 end 其他 Program 标识符 For if while var const begin begin var begin 图 2 语法分析总流程 不断地读入 token文件中的单词， 根据不同的语句， 使用不同的方法进行分 析，直到 token 文件的结束。程序头部以program 开头，变量说明以var 开头， 常量说明是以 const 开头的，从 begin 开始就是可执行语句，可执行语句分为五 种： for 语句(以 for 语句开头 )， while 语句(以 while 开头)， if 语句(以 if 开头)， re

11、peat 语句(以 repeat开头)，赋值语句 (以标识符开头 ) 。每当读到前导词，表明一个新 的语法结构的开始，以此识别该语法单位是否符合定义。 3.4 语义分析和中间代码生成程序的设计 4. 结果及测试分析 4.1 软件运行环境及限制 程序是使用 C#语言编写的，开发软件是VS2013。VS 是一个基本完整的开 发工具集，它包括了整个软件生命周期中所需要的大部分工具，如UML 工具、 代码管控工具、集成开发环境(IDE)等等。所写的目标代码适用于微软支持的所 有平台。使用 VS 调试程序会很方便，可以实时观察程序的运行状态。用VS 制 作界面会显得非常地简单，但是也存在一定的缺点。VS

12、 的集成度比较高，所以 要修改封装好的一些函数不会太简单。 5 4.2 测试数据说明 输入数据： program example1; const a:=1;b:=3;c:=fasdf; var a,b,c:integer; x:char; begin a:=3; b:=12; if(a+3*cb) then c:=3; while ab do c:=5; repeat a:=10; until a+3b; for x:=1+2 to 3 do b:=100; end. 这是 sample语言的一个比较简单的测试程序，它有着sample语言最基本的 格式，如函数头部、 常量说明、变量说明、 执行

13、语句、 条件语句，循环语句等等。 用这个测试程序来观察程序的效果。 4.3 运行结果及功能说明 图 3 词法分析结果 图 3 是正常词法分析的结果，可以看出，程序会将每个单词显示到token 文 件显示区，同时显示单词在源文件的位置。 并且会将标识符和常量添加到符号表 6 并显示到符号表显示区。下面的图4 是当测试程序有错误时的情况。 图 4 词法分析有错误的程序 可以看到当我在b:=12；后面加上一个“”后，会出现报错。并且if 语 句位置上少了个“）”也会出现报错，实现了词法分析的相关功能。 图 5 语法分析结果 7 从图 5 看到，语法分析能够正确地处理token 串，并分析出各类语句，

14、 直到 程序的结束。 输出结果的显示层次感不强，没有按照一级级地缩进， 这里是语法 分析的一点问题。下面的图6 是语法分析处理错误的功能演示。 图 6 语法分析错误处理 我修改了程序的部分地方， 通过语法分析就能够检测到错误的地方，并显示 出错误可能的原因， 并且能够在错误的前提下继续执行后面的程序，直到语法分 析结束。 5总结及心得体会 通过编译原理实验课，我掌握了什么是编译程序，编译程序工作的基本过 程及其各阶段的基本任务， 熟悉了编译程序总流程框图， 了解了编译程序的生成 过程、构造工具及其相关的技术对课本上的知识有了更深的理解，课本上的知识 是机械的，表面的。通过把该算法的内容，算法的

15、执行顺序在计算机上实现，把 原来以为很深奥的书本知识变的更为简单，对实验原理有更深的理解。 然而，我认为自己在实验课上做的并不够好。首先，在总体实验内容来说， 我没能够完成所有的内容， 只完成了词法分析和语法分析的程序；其次，就完成 的两个实验来说，功能上还是不够完善，有一些bug。最后，运行界面上过于简 陋，不够美观。由于时间的有限性，这些不足是无法继续改善了。这也让我意识 到对于做每一件事， 你的付出时间和你的成果是成正比的。所以，对于做一件事， 要舍得花时间，肯花时间，这样最后的效果才会更好。对于编译原理，整体看下 来自己做得不算好。 意识到不足， 我更加地明白自己能力不够强。在今后的学习 里，需要更加地努力才行，能力越强，自己的提升空间就会越大，完成一件事的 效率也才会更高。争取在以后做一个高效率，强能力的人。