《编译原理》实验指导书

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1、编译原理实验指导书实验目的和内容编译原理实验的目的是使学生将编译理论运用到实际当中，实现一个简单语言集的词法、语法和语义分析程序，验证实际编译系统的实现方法，并加深对编译技术的认识。实验内容共需实现编译器的词法、语法和语义分析程序三个组成部分。要求学生必须完成每个实验的基本题目要求，有余力的同学可尝试实验的扩展要求部分。实验报告每人（组）针对所完成的实验内容上交一份实验报告，其中主要包括三方面内容：1、实验设计：实验采用的实现方法和依据（如描述语言的文法及其机内表示，词法分析的单词分类码表、状态转换图或状态矩阵等，语法分析中用到的分析表或优先矩阵等，语法制导翻译中文法的拆分和语义动作的设计编写

2、等）；具体的设计结果（应包括整体设计思想和实现算法，程序结构的描述，各部分主要功能的说明，以及所用数据结构的介绍等）。2、程序代码：实验实现的源程序清单，要求符合一般的程序书写风格，有详细的注释。3、实验结果分析：自行编写若干源程序作为测试用例，对所生成的编译程序进行测试（编译程序的输入与输出以文件的形式给出）；运行结果分析（至少包括一个正确和一个错误单词或语句的运行结果）；以及改进设想等。注意事项1、电子版实验报告和源程序在最后一次机时后的一周内上交。（每人（组）上交一个压缩文件，其命名格式为“学号_姓名.rar”（“组长学号_姓名.rar”），内含实验报告和一个命名为“源程序”的文件夹。注

3、意提交的源程序应是经过调试、测试成功的较为通用的程序，并应有相应的注释、运行环境和使用方法简介。）2、不接受不完整的实验报告和没有说明注释的源程序，或者说明与程序、运行结果不符合的作业。特别鼓励：扩展题目1、小组合作：为亲身经历一个小型编译器的开发全过程，触摸一下与实际编译器开发相关的工作，大家可以自由组成3人左右的小组，推举组长，模拟一个团队分工协作开发大型软件的实战环境，融入软件工程的思想规范和一般理论方法，初步体验从系统分析设计、编码测试到交付维护的一个完整编译器软件的开发过程。要求组长为每个小组成员分配主要负责的任务，完成相应的分析设计员、程序员和测试员等角色的工作，并以小组为单位提交

4、一份实验报告和源程序，在报告封面上写明每个同学主要完成和负责的部分。要求以组为单位完成的实验内容至少必须整合词法、语法和语义三个部分的实验，对于选定的适当规模的文法（如C语言的一个大小适宜的子集），进行系统的总体设计、功能分析、编码测试等工作。完成一个从对源程序的词法分析开始，到中间代码生成的完整的编译器前端的开发，使所涉及到的编译系统的各个组成模块有机地衔接在一起，提交一份完整的实验报告和源程序。2、自拟题目：根据自己的研究兴趣自主选择或自定实验题目。要求先提交一份申请文档，说明所选题目、实现方案和技术路线；然后当面与教师就题目的难易程度和工作量等具体讨论调整，细化课程设计内容，最终确定要完

5、成的主要工作；在得到老师的认可之后方可继续进行。实验一 词法分析程序实现一、实验目的与要求通过编写和调试一个词法分析程序，掌握在对程序设计语言的源程序进行扫描的过程中，将字符流形式的源程序转化为一个由各类单词符号组成的流的词法分析方法。二、实现方法与环境词法分析是编译程序的第一个处理阶段，可以通过两种途径来构造词法分析程序。其一是根据对语言中各类单词的某种描述或定义（如BNF），用手工的方式（例如可用C语言）构造词法分析程序。一般地，可以根据文法或状态转换图构造相应的状态矩阵，该状态矩阵连同控制程序一起便组成了编译器的词法分析程序；也可以根据文法或状态转换图直接编写词法分析程序。构造词法分析程

6、序的另外一种途径是所谓的词法分析程序的自动生成，即首先用正规式对语言中的各类单词符号进行词型描述，并分别指出在识别单词时，词法分析程序所应进行的语义处理工作，然后由一个所谓词法分析程序的构造程序对上述信息进行加工。如美国BELL实验室研制的LEX就是一个被广泛使用的词法分析程序的自动生成工具。总的来说，开发一种新语言时，由于它的单词符号在不停地修改，采用LEX等工具生成的词法分析程序比较易于修改和维护。一旦一种语言确定了，则采用手工编写词法分析程序效率更高。三、实验内容基本实验题目：若某一程序设计语言中的单词包括五个关键字begin、end、if、then、else；标识符；无符号常数；六种关

7、系运算符；一个赋值符和四个算术运算符，试构造能识别这些单词的词法分析程序（各类单词的分类码参见表I）。输入：由符合和不符合所规定的单词类别结构的各类单词组成的源程序文件。输出：把所识别出的每一单词均按形如（CLASS，VALUE）的二元式形式输出，并将结果放到某个文件中。对于标识符和无符号常数，CLASS字段为相应的类别码的助记符；VALUE字段则是该标识符、常数的具体值；对于关键字和运算符，采用一词一类的编码形式，仅需在二元式的CLASS字段上放置相应单词的类别码的助记符，VALUE字段则为“空”。扩展实验：试对基本实验内容进行扩充，例如：在词法分析过程中建立变量名表，以备后续的编译过程查询

8、；扩充关键字的数目、增加逻辑运算符等单词类别、将常数再细分成字符串常量、整型常量和实型常量等；添加词法分析中单词出错的位置和错误类型，以及删除注释部分等。表I 语言中的各类单词符号及其分类码表单词符号类别编码类别码的助记符单词值begin1BEGINend2ENDif3IFthen4THENelse5ELSE标识符6ID字母打头的字母数字串无符号常数7UCON机内二进制表示8LT=9LE=10EQ11NE12GT=13GE:=14IS+15PL-16MI*17MU/18DI四、要求1、上机前的准备：完成词法分析程序的程序流图，并选择好相应的数据结构。2、编程：用C语言或你熟悉的其它高级程序设计

9、语言编写扫描器程序。3、调试：将各个模块连接成一个完整程序，并整体调试成功。4、测试：用于测试扫描器的实例源文件中应有词法正确的，也应有错误的字符串，并至少应包含两行以上的源代码。5、输出结果：对于输入的测试用例的源程序文件，以对照的形式将扫描器的分析结果在输出文件中表示出来，必要时给出错误提示信息。例如，若输入文件中的内容为：“if myid=1.5E2+100 then x:=y”，则输出文件中的内容应为：（IF， ）（ID，myid）（GE， ）（UCON，0.015）（PL， ）（UCON，100）（THEN， ）（ID，x）（IS， ）（ID，y）五、参考实现方法1、处理过程简述：在

10、一个程序设计语言中，一般都含有若干类单词符号，为此可首先为每类单词建立一张状态转换图，然后将这些状态转换图合并成一张统一的状态图，即得到了一个有限自动机，再进行必要的确定化和状态数最小化处理，最后添加当进行状态转移时所需执行的语义动作，就可以据此构造词法分析程序了。为了使词法分析程序结构比较清晰，且尽量避免某些枝节问题的纠缠，我们假定要编译的语言中，全部关键字都是保留字，程序员不得将它们作为源程序中的标识符；在源程序的输入文本中，关键字、标识符、无符号常数之间，若未出现关系和算术运算符以及赋值符，则至少须用一个空白字符加以分隔。作了这些限制以后，就可以把关键字和标识符的识别统一进行处理。即每当

11、开始识别一个单词时，若扫视到的第一个字符为字母，则把后续输入的字母或数字字符依次进行拼接，直至扫视到非字母、数字字符为止，以期获得一个尽可能长的字母数字字符串，然后以此字符串查所谓保留字表（此保留字表要事先造好），若查到此字符串，则取出相应的类别码；反之，则表明该字符串应为一标识符。采用上述策略后，针对表I中的部分单词可以参考教材P80的图3-22（见图1）和P81的程序3-4（见程序一），用C语言编写出符合以上几项要求的一个扫描器程序。注意还需要按照实验题目的具体要求将其中的整常数改为无符号常数。关于无符号数的文法可参见教材P49，其识别方法参考P51的图3-3（见图2）、P55的表3-1（

12、见表II）和P57的程序3-3（见程序二）。图1 识别表I所列语言中的部分单词的DFA及相关的语义过程图1中所出现的语义变量及语义函数的含义和功能说明如下：函数GETCHAR：每调用一次，就把扫描指示器当前所指示的源程序字符送入字符变量ch，然后把扫描指示器前推一个字符位置。字符数组TOKEN：用来依次存放一个单词词文中的各个字符。函数CAT：每调用一次，就把当前ch中的字符拼接于TOKEN中所存字符串的右边。函数LOOKUP：每调用一次，就以TOKEN中的字符串查保留字表，若查到，就将相应关键字的类别码赋给整型变量c；否则将c置为零。函数RETRACT：每调用一次，就把扫描指示器回退一个字符

13、位置（即退回多读的那个字符）。函数OUT：一般仅在进入终态时调用此函数，调用的形式为OUT(c，VAL)。其中，实参c为相应单词的类别码助记符；实参VAL为TOKEN（即词文）或为空串。函数OUT的功能是，在送出一个单词的内部表示之后，返回到调用该词法分析程序的那个程序。程序一 根据图1编写的扫描器# include # include # include # define ID 6# define INT 7# define LT 8# define LE 9# define EQ 10# define NE 11# define GT 12# define GE 13char TOKEN2

14、0；extern int lookup (char*);extern void out (int, char*);extern report_error (void);void scanner_example (FILE *fp)char ch; int i, c;ch=fgetc (fp);if (isalpha (ch) /*it must be a identifer!*/TOKEN0=ch; ch=fgetc (fp); i=1;while (isalnum (ch)TOKENi=ch; i+；ch=fgetc (fp);TOKENi= 0fseek(fp,-1,1); /* retr

15、act*/c=lookup (TOKEN);if (c=0) out (ID,TOKEN); else out (c, )；elseif(isdigit(ch)TOKEN0=ch; ch=fgetc(fp); i=1;while(isdigit(ch)TOKENi=ch; i+;ch=fgetc(fp);TOKENi= 0；fseek(fp,-1,1);out(INT,TOKEN);elseswitch(ch)case : ch=fgetc(fp);if(ch=)out(LE, );else if(ch=) out (NE, );elsefseek (fp,-1,1);out (LT, );break;