編譯原理課程設(shè)計---pl0編輯器擴充

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文檔簡介

1、　　編譯原理課程設(shè)計　　題目 __ _PL0編輯器擴充__ __　　學(xué) 院計算機學(xué)院 　　專業(yè) 軟件工程 　　2013 年 1 月 4

2、日　　課程設(shè)計目的與要求　　1、課程設(shè)計目的：　　在分析理解一個教學(xué)型編譯程序（如PL/0）的基礎(chǔ)上，對其詞法分析程序、語法分析程序和語義處理程序進行部分修改擴充。達到進一步了解程序編譯過程的基本原理和基本實現(xiàn)方法的目的。</p&g

3、t;　　2、課程設(shè)計要求：　　基本內(nèi)容（成績范圍：“中”、“及格”或“不及格”）　?。?）擴充賦值運算：*= 和 /=　　擴充語句（Pascal的FOR語句）:　　①FOR <變量>:=<表達式

4、> TO <表達式> DO <語句>　　②FOR <變量>:=<表達式> DOWNTO <表達式> DO <語句>　　其中，語句①的循環(huán)變量的步長為2，　　語句②的循環(huán)變量的步長為-2。　?。?

5、）增加運算：++ 和 --。　　選做內(nèi)容（成績評定范圍擴大到：“優(yōu)”和“良”）　?。?）增加類型：① 字符類型； ② 實數(shù)類型。　?。?）擴充函數(shù)：① 有返回值和返回語句；② 有參數(shù)函數(shù)。　　（3）增加一維數(shù)組類型（可增加指令）。

6、　?。?）其他典型語言設(shè)施。　　二、結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 　　結(jié)構(gòu)設(shè)計說明：　　PL/0的編譯程序以語法分析程序為核心，詞法分析程序和代碼生成程序都作為一個獨立的過程，當(dāng)語法分析需要讀單詞時就用詞法分析程序，而當(dāng)語法分析正確需生

7、成相應(yīng)的目標(biāo)代碼時，則調(diào)用代碼生成程序。此外，用表格管理程序建立變量，常量和過程標(biāo)識符的說明與引用之間的信息聯(lián)系。用出錯處理程序?qū)υ~法和語法分析遇到的錯誤給出在源程序中出錯的位置和錯誤性質(zhì)。　　各功能模塊圖示：　　3. 各功能模塊作用表：　　3. 符號名字表結(jié)構(gòu)：</p

8、>　　struct tablestruct　　{　　char name[al]; /*名字*/　　enum object kind; /*類型：const，var，array or procedure*/&

9、lt;p>　　int val; /*數(shù)值，僅const使用*/　　int level; /*所處層，僅const不使用*/　　int adr; /*地址，僅const不使用*/　　int size; /*需要分配的數(shù)據(jù)

10、區(qū)空間，僅procedure使用*/　　};　　4. 保留關(guān)鍵字枚舉結(jié)構(gòu)：　　enum symbol{　　nul, ident, number, plus,minus,　　t

11、imes, slash, oddsym, eql, neq,　　lss, leq, gtr, geq,lparen,　　rparen, comma, semicolon, period, becomes,　　beginsym, endsym,if

12、sym, thensym, whilesym,　　writesym, readsym, dosym, callsym, constsym,　　varsym, procsym, elsesym, forsym, tosym,　　downtosym, returnsym,

13、 pluseql, minuseql, plusplus,　　minusminus, 　　};　　5.名字表中標(biāo)識符枚舉類型：

14、　　enum object{　　constant, /*常量*/　　variable, /*變量*/　　procedur, /*過程*/　　};

15、　　6. 運行時存儲組織和管理　　對于源程序的每一個過程（包括主程序），在被調(diào)用時，首先在數(shù)據(jù)段中開辟三個空間，存放靜態(tài)鏈SL、動態(tài)鏈DL和返回地址RA。靜態(tài)鏈記錄了定義該過程的直接外過程（或主程序）運行時最新數(shù)據(jù)段的基地址。動態(tài)鏈記錄調(diào)用該過程前正在運行的過程的數(shù)據(jù)段基址。返回地址記錄了調(diào)用該過程時程序運行的斷點位置。對于主程序來說，SL、DL和RA的值均置為0。靜態(tài)鏈的功能是在一個子過程要引

16、用它的直接或間接父過程（這里的父過程是按定義過程時的嵌套情況來定的，而不是按執(zhí)行時的調(diào)用順序定的）的變量時，可以通過靜態(tài)鏈，跳過個數(shù)為層差的數(shù)據(jù)段，找到包含要引用的變量所在的數(shù)據(jù)段基址，然后通過偏移地址訪問它?！　≡谶^程返回時，解釋程序通過返回地址恢復(fù)指令指針的值到調(diào)用前的地址，通過當(dāng)前段基址恢復(fù)數(shù)據(jù)段分配指針，通過動態(tài)鏈恢復(fù)局部段基址指針。實現(xiàn)子過程的返回。對于主程序來說，解釋程序會遇到返回地址為0的情況，這時就認為程序運行結(jié)束。

17、　　解釋程序過程中的base函數(shù)的功能，就是用于沿著靜態(tài)鏈，向前查找相差指定層數(shù)的局部數(shù)據(jù)段基址。這在使用sto、lod、stoArr、lodArr等訪問局部變量的指令中會經(jīng)常用到?！　☆怭CO　　7. 擴充賦值運算：+= 和 -= 設(shè)計：　　對于+=、-=、*=和/=賦值運算符，在程序中出現(xiàn)的情況只有如下一種，文法的EBNF 表示為：</p&g

18、t;　　賦值語句::= <標(biāo)識符> [ += | -= ] <表達式>　　（1）擴充的語法描述見結(jié)構(gòu)設(shè)計中的 PL/0 分程序和主要語句的語法描述中的描述圖；　?。?）分析區(qū)別賦值運算符采用：讀標(biāo)識符后再讀一個字符，后根據(jù)讀到的字符轉(zhuǎn)去不同的賦值語句執(zhí)行。　　（3

19、）中間代碼生成情況：+=運算符，其他賦值運算符架構(gòu)是一樣的，只是執(zhí)行加法改為相應(yīng)的算數(shù)運算。　　else if(sym==pluseql) //檢測到+＝符號　　{　　i=position(id,*ptx);

20、 //把類x+=3的x的地址取出來　　gendo(lod,lev-table[i].level,table[i].adr); /*找到變量地址并將其值入棧*/　　getsymdo;　　if(sym==semicolon)

21、;　　{　　getsymdo;　　}　　memcpy(nxtlev,fsys,sizeof(bool)* symnum);　　expre

22、ssiondo(nxtlev,ptx,lev);　　gendo(opr,0,2);　　if(i!=0)　　{　　gendo(sto,lev-table[i].level,table[i].adr)

23、;　　}　　}　　else if(sym==minuseql) //檢測到-＝符號　　{</p&

24、gt;　　i=position(id,*ptx); //把類x-=3的x的地址取出來　　gendo(lod,lev-table[i].level,table[i].adr); /*找到變量地址并將其值入棧*/　　getsymdo;&l

25、t;/p>　　if(sym==semicolon)　　{　　getsymdo;　　}　　memcpy(nxtlev,fsys,si

26、zeof(bool)* symnum);　　expressiondo(nxtlev,ptx,lev);　　gendo(opr,0,3);　　if(i!=0)　　{<p

27、>　　gendo(sto,lev-table[i].level,table[i].adr);　　}　　}　　8.擴充語句（Pascal的FOR語句）:　?、貴OR <變量&g

28、t;:=<表達式> TO <表達式> DO <語句>　?、贔OR <變量>:=<表達式> DOWNTO <表達式> DO <語句>　　其中，語句①的循環(huán)變量的步長為2，　　語句②的循環(huán)變量的步長為-2<

29、;p>　　For i:= E1 to E2 do S1 循環(huán)語句ALGOL等價于：　　i:= E1;　　goto OVER;　　AGAIN ：i:= i+2　　OVER ： if i<E2 then

30、;　　Begin S1;　　goto again end;　　注意程序中基礎(chǔ)用到循環(huán)控制變量i，因此 entry（i）必須被保存下來，而Pascal這樣的語言中，循環(huán)變量在循環(huán)外也是可見的，本次擴充約定循環(huán)步長為 2或者-2。具體需要在程序staement（）添加for的句法判斷：</p&

31、gt;　　else if(sym==forsym) //檢測到for語句　　{　　getsymdo;　　if(sym==ident)　　{<

32、/b>　　i=position(id,*ptx);　　if(i==0) error(11);　　else　　{　　if(table[i].kind!

33、=variable) //賦值語句中，賦值號左部標(biāo)識符屬性應(yīng)是變量　　{　　error(12);i=0;　　}　　else<p&

34、gt;　　{　　getsymdo;　　if(sym!=becomes) error(13); //賦值語句左部標(biāo)識符后應(yīng)是賦值號:=　　else getsymdo;　　me

35、mcpy(nxtlev,fsys,sizeof(bool)*symnum); 　　nxtlev[tosym]=true; //后跟符to和downto　　nxtlev[downtosym]=true;　　expressiondo(nxtlev,ptx,lev);

36、 //處理賦值語句右部的表達式E1　　gendo(sto,lev-table[i].level,table[i].adr); //保存初值　　switch(sym)　　{　　case tosym: //步長

37、為的向上增加　　getsymdo;　　cx1=cx; //保存循環(huán)開始點　　//將循環(huán)判斷變量取出放到棧頂　　gendo(lod,lev-table[i].level,table[i].adr);

38、 memcpy(nxtlev,fsys,sizeof(bool)*symnum); //處理表達式E2　　nxtlev[dosym]=true; //后跟符do　　expressiondo(nxtlev,ptx,lev);　　gendo

39、(opr,0,13); //生成比較指令，i是否小于等于E2的值　　cx2=cx; //保存循環(huán)結(jié)束點　　//生成條件跳轉(zhuǎn)指令，跳出循環(huán)，跳出的地址未知　　gendo(jpc,0,0);　　if

40、(sym==dosym) //處理循環(huán)體S　　{　　getsymdo;　　statement(fsys,ptx,lev); //循環(huán)體處理　　//增加循環(huán)變量步長為&

41、lt;/p>　　//將循環(huán)變量取出放在棧頂　　gendo(lod,lev-table[i].level,table[i].adr); gendo(lit,0,1); //將步長取到棧頂　　gendo(opr,0,2);

42、 //循環(huán)變量加步長　　//將棧頂?shù)闹荡嫒胙h(huán)變量　　gendo(sto,lev-table[i].level,table[i].adr); 　　gendo(jmp,0,cx1); //無條件跳轉(zhuǎn)到循環(huán)開始點<p&

43、gt;　　code[cx2].a=cx;　　}　　else　　{　　error(29); //for語句中少了do&

44、lt;p>　　}　　break;　　case downtosym: //步長為的向下減少　　getsymdo;　　cx1=cx;

45、 //保存循環(huán)開始點　　//將循環(huán)判斷變量取出放到棧頂　　gendo(lod,lev-table[i].level,table[i].adr); memcpy(nxtlev,fsys,sizeof(bool)*symnum); //處理表達式E2

46、;　　nxtlev[dosym]=true; //后跟符do　　expressiondo(nxtlev,ptx,lev);　　gendo(opr,0,11); //生成比較指令，i是否大于等于E2的值　　cx2=cx;

47、 //保存循環(huán)結(jié)束點　　//生成條件跳轉(zhuǎn)指令，跳出循環(huán)，跳出的地址未知　　gendo(jpc,0,0); 　　if(sym==dosym) //處理循環(huán)體S　　{<p&g

48、t;　　getsymdo;　　statement(fsys,ptx,lev); //循環(huán)體處理　　//增加循環(huán)變量步長為　　//將循環(huán)變量取出放在棧頂　　gendo(lod,lev-table[i].level,table[i].

49、adr); gendo(lit,0,1); //將步長取到棧頂　　gendo(opr,0,3); //循環(huán)變量加步長　　//將棧頂?shù)闹荡嫒胙h(huán)變量　　gendo(sto,lev

50、-table[i].level,table[i].adr); gendo(jmp,0,cx1); //無條件跳轉(zhuǎn)到循環(huán)開始點　　code[cx2].a=cx;　　}　　else

51、　　{　　error(29);//for語句中少了do　　}　　break;　　}</b&g

52、t;　　}　　}　　}　　else 　　{

53、;　　error(19); //for語句后跟賦值語句，賦值語句左部是變量，缺少變量　　}　　}　　11. 增加運算：++ 和 -- ：

54、　對于++和--運算符，擴充時要注意存在++,--有兩個情況：1、作為語句的時候；2、作為表達式中的因子的時候.　　(1) 作為語句的時候，有四種情況:　　A++ ++A A-- --A　　文法的 EBNF 表示形式為：　　<自增自減語句>::=&l

55、t;標(biāo)識符>[ ++ | -- ] | [ ++ | -- ]<標(biāo)識符>　　(2) 作為因子的時候，有兩種情況　　a++和 a--作為因子，比如：b:=a++*a--;語句　　++a 和--a 作為因子，比如：b:= --a+2*++a;語句　　文法的

56、EBNF 表示形式為：　　<表達式>::=...[ ++ | -- ]<標(biāo)識符>|<標(biāo)識符>[ ++ | -- ]...　　其中的...表示前后都可以有其他的項或因子　　(1)作為語句 ++ -- 符號分為以下兩種情況考慮:　　情況1對

57、于自增自減符號置后的只需要在判斷+= -=后面添加句法分析即可：　　/*************后置自增符號 a++ a--類型添加代碼****************************/　　else if(sym==plusplus) //檢測到后置++符號&

58、lt;b>　　{　　gendo(lit,0,1);　　gendo(lod,lev-table[i].level,table[i].adr); /*找到變量地址并將其值入棧*/　　gendo(opr,0,2); //執(zhí)行加操作，

59、　　if(i!=0)　　{　　gendo(sto,lev-table[i].level,table[i].adr);　　}<b&g

60、t;　　getsymdo;　　}　　else if(sym==minusminus) //檢測到后置--符號　　{　　gendo

61、(lod,lev-table[i].level,table[i].adr); /*找到變量地址并將其值入棧*/　　gendo(lit,0,1);　　gendo(opr,0,3); //執(zhí)行減操作，　　if(i!=0)&

62、lt;/p>　　{　　gendo(sto,lev-table[i].level,table[i].adr);　　}　　getsymdo;

63、}　　情況2對于++ --前置的需要添加因子開始符號：　　facbegsys[plusplus]=true; /***增加符號++開始因子plusplus***/　　facbegsys[minusminus]=true; /***增加符號--開始因子minusminu

64、s***/　　/***************前置自增符號 ++a - -a類型添加代碼****************************/　　if(sym==plusplus)　　{　　getsymdo;&l

65、t;/b>　　if(sym==ident) //后面跟的是變量　　{　　i=position(id,*ptx);　　if

66、(i==0)　　{　　error(11);　　}　　else　　{</b

67、>　　if(table[i].kind!=variable) //++后沒跟變量，出錯　　{　　error(12);　　i=0;</p&

68、gt;　　}　　else //++后跟變量，處理生成中間代碼　　{　　if(table[i].kind==variable)&l

69、t;/p>　　{　　gendo(lod,lev-table[i].level,table[i].adr);//先取值到棧頂　　gendo(lit,0,1); //將值為入棧　　gendo(opr

70、,0,2); //加法，即+1，棧頂加次棧頂　　gendo(sto,lev-table[i].level,table[i].adr);//出棧取值到內(nèi)存　　getsymdo;　　}&l

71、t;/p>　　}　　}　　}　　}　　else if(sym==minusminus)<

72、;/p>　　{　　getsymdo;　　if(sym==ident) //后面跟的是變量　　{</

73、b>　　i=position(id,*ptx);　　if(i==0)　　{　　error(11);　　}<

74、;/p>　　else　　{　　if(table[i].kind!=variable) //--后沒跟變量，出錯　　{</

75、p>　　error(12);　　i=0;　　}　　else //--后跟變量，處理生成中間代碼&l

76、t;p>　　{　　if(table[i].kind==variable) //后跟變量　　{　　gendo(lod,lev-table[i].level,table[i].adr);//先取值到

77、棧頂　　gendo(lit,0,1); //將值為入棧　　gendo(opr,0,3); //加法，即-1，棧頂減次棧頂　　gendo(sto,lev-table[i].level,table[i].adr

78、);//出棧取值到內(nèi)存　　getsymdo;　　}　　}　　}

79、;　　}　　}　?。?）作為因子的時候也有兩種情形考慮：　　添加int factor(bool*fsys,int *ptx,int lev)函數(shù)如下：　　/********************如果因子可能出現(xiàn)b

80、:=a++或b:=a--類型的處理******************/if(sym==plusplus)　　{　　gendo(lit,lev-table[i].level,1); //將值為入棧　　gendo(opr,lev-table[i].le

81、vel,2); //加法，即+1，棧頂加次棧頂　　gendo(sto,lev-table[i].level,table[i].adr); //出棧取值到內(nèi)存　　gendo(lod,lev-table[i].level,table[i].adr); //取值到棧頂　　gendo(lit,0,1

82、);　　gendo(opr,0,3); //棧頂值減　　getsymdo;　　}　　else if(sym==minusminus)<

83、/p>　　{　　gendo(lit,lev-table[i].level,1); //將值為入棧　　gendo(opr,lev-table[i].level,3); //減法，即-1，棧頂減次棧頂　　ge

84、ndo(sto,lev-table[i].level,table[i].adr); //出棧取值到內(nèi)存　　gendo(lod,lev-table[i].level,table[i].adr);　　gendo(lit,0,1);　　gendo(opr,0,2);

85、 //棧頂值加　　getsymdo;　　} /********************************************************************************/　　/************如果因子是表達式的時候,則有可能是包

86、含++a或者--a，如b:=++a或b:=--a ********/　　else if(sym==plusplus)　　{　　getsymdo;　　if(sym==ident)

87、　　{　　getsymdo;　　i=position(id,*ptx);　　if(i==0)　　{

88、　　error(11);　　}　　else　　{　　if(table[i].kind==variable) //變

89、量　　{　　//先加后再用a　　gendo(lod,lev-table[i].level,table[i].adr);//先取值到棧頂　　gendo(lit,0,1);//將值為入棧</p&

90、gt;　　gendo(opr,0,2);//加法，即+1，棧頂加次棧頂　　gendo(sto,lev-table[i].level,table[i].adr);//出棧取值到內(nèi)存　　gendo(lod,lev-table[i].level,table[i].adr); //取值到棧頂}<p&g

91、t;　　}　　}　　}　　else if(sym==minusminus)　　{

92、;　　getsymdo;　　if(sym==ident)　　{　　getsymdo;　　i=position(id,*ptx);<

93、;p>　　if(i==0)　　{　　error(11);　　}　　else

94、;　　{　　if(table[i].kind==variable) //變量　　{　　//先減后再用a　　gendo(lod,lev-table[i].le

95、vel,table[i].adr);//先取值到棧頂　　gendo(lit,0,1); //將值為入棧　　gendo(opr,0,3); //減法，即-1，棧頂減次棧頂　　gendo(sto,lev-table[i

96、].level,table[i].adr);//出棧取值到內(nèi)存　　gendo(lod,lev-table[i].level,table[i].adr); //取值到棧頂}　　}　　}

97、testdo(fsys,facbegsys,23); /*因子后有非法符號*/　　}　　程序測試　　擴充賦值運算：*= 和 /=　　測試文件 “test1”：<

98、/p>　　運行結(jié)果：　　結(jié)果分析：　　a = 5 ，b = 48 , a*=3 結(jié)果為15正確，b/=6結(jié)果為8正確，擴充成功！　　擴充語句（Pascal的FOR語句）:

99、;　　測試文件“test2”：　　運行結(jié)果：　　結(jié)果分析：　　For i=1 to 4 do “write(i)” 結(jié)果i= 1，3，　　For i=5 downto 1 do write(i)

100、結(jié)果i= 5，3，1　　結(jié)果正確，　　For循環(huán)功能擴充成功！　　增加運算：++ 和 --。　　測試文件“test3”：　　運行結(jié)果：

101、;　　結(jié)果分析：　　a=5 ，b:=6， a--結(jié)果為4，b++結(jié)果為7，結(jié)果正確 　　++ ，--功能符號測試通過！　　實驗總結(jié)　　本次課程設(shè)計主要是在讀懂課

102、本附帶的PL/0 編譯器程序C語言版本后進行擴展和修改相關(guān)程序功能。　　通過課程設(shè)計，我對編譯器的工作原理和實現(xiàn)機制有了實際的了解和認識，進一步培養(yǎng)的編譯技術(shù)的設(shè)計思想，仔細閱讀 PL/0 的編譯程序C語言版本代碼，對詞法分析，句法分析在編程技巧和實際意義有了深刻的理解，從枯燥的理論學(xué)習(xí)到現(xiàn)在實際應(yīng)用過程對于我自身知識面的提升是巨大的。語法分析、句法分析在編譯原理中處于核心的地位，如何正確有效的

103、對它們分析提取決定了編譯后期工作方向，當(dāng)然中間代碼的如何有效的生成在編譯中也是個不小的難題，特別是其中堆棧的運用，當(dāng)然在理論上對于它們的理解程度大小也是決定設(shè)計調(diào)試　　難度的高低。　　擴展 += -= 符號相對比較簡單，只需要在語句分析模塊接著賦值符號的判斷添加就可以，對于for循環(huán)也是類似，只需要在語句分析模塊添加

104、對于for關(guān)鍵字的判斷，當(dāng)然要注意后繼符號to 還是 downto的判斷以決定步長遞增還是遞減。完成了基本功能擴展，我嘗試了++ --符號的添加，這兩個符號添加比較復(fù)雜，大體講有兩個用途情況，一個就是用在用戶標(biāo)識符，另一個就是在因子上也可能用到該功能，需要添加因子的功能判斷，具體來講這兩個符號又有兩種實現(xiàn)形式，分別是后置符號和前置符號，后置符號類似前面的+= -= 直接添加判斷即可，前置符號則除了要添加++ --的開始因子符號集外，還得

105、在語句分析模塊添加功能處理！　　總的來說，經(jīng)歷了數(shù)次的調(diào)試，功能擴展算是完成了，這次課程設(shè)計使我受益匪淺，除了更深了解了編譯技術(shù)，還培養(yǎng)了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力！　　附錄：　　源語言：PL/0語言 　　目標(biāo)語言：類PCOD

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