PL0+语言编译器分析实验

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1、编译原理实验报告课题名称：PL0语言编译器分析实验学 院：专 业：姓 名:学 号:-指导老师：完成时间：一、实验目的通过阅读与解析一个实际编译器(PL/O语言编译器)的源代码，加深对编译 阶段(包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成等)和编译系统软件 结构的理解，并达到提高学生学习兴趣的目的。二、实验要求(1) 要求掌握基本的程序设计技巧(C语言)和阅读较大规模程序源代码的能力;(2) 理解并掌握编译过程的逻辑阶段及各逻辑阶段的功能；(3) 要求能把握整个系统(PL/0语言编译器)的体系结构，各功能模块的功能， 各模块之间的接口；(4) 要求能总结出实现编译过程各逻辑阶段功能采用的具体

2、算法与技术。三、实验原理程序体constvarprocedurenumber语句条件cdd=表达式2丄止四、实验报告pl/0语言是pascal语言的一个子集，我们这里分析的pl/0的编译程序包括了 对pl/0语言源程序进行分析处理、编译生成类pcode代码，并在虚拟机上解释运 行生成的类pcode代码的功能。pl/0语言编译程序米用以语法分析为核心、一遍扫描的编译方法。词法分析 和代码生成作为独立的子程序供语法分析程序调用。语法分析的同时，提供了出 错报告和出错恢复的功能。在源程序没有错误编译通过的情况下，调用类pcode 解释程序解释执行生成的类pcode代码。词法分析子程序分析：词法分析子

3、程序名为getsym,功能是从源程序中读出一个单词符号（token）, 把它的信息放入全局变量sym、id和num中，语法分析器需要单词时，直接从这三 个变量中获得。（注意！语法分析器每次用完这三个变量的值就立即调用getsym 子程序获取新的单词供下一次使用。而不是在需要新单词时才调用get sym过程。） get sym过程通过反复调用getch子过程从源程序过获取字符，并把它们拼成单词。 get ch过程中使用了行缓冲区技术以提高程序运行效率。词法分析器的分析过程：调用ge tsym时，它通过ge tch过程从源程序中获得一个字符。如果这个字符是字 母，则继续获取字符或数字，最终可以拼成

4、一个单词，查保留字表，如果查到为 保留字，则把sym变量赋成相应的保留字类型值；如果没有查到，则这个单词应 是一个用户自定义的标识符（可能是变量名、常量名或是过程的名字），把sym 置为ide nt，把这个单词存入id变量。查保留字表时使用了二分法查找以提高效 率。如果getch获得的字符是数字，则继续用getch获取数字，并把它们拼成一个 整数，然后把sym置为number，并把拼成的数值放入num变量。如果识别出其它合 法的符号（比如：赋值号、大于号、小于等于号等），则把sym则成相应的类型。 如果遇到不合法的字符，把sym置成nul。语法分析子程序分析：语法分析子程序采用了自顶向下的递归

5、子程序法，语法分析同时也根据程序 的语意生成相应的代码，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）、常量定义分析过程（constdeclaration）、变量定义分析过程 （vardeclara ti on）、语句分析过程（stat emen t ）、表达式处理过程（expression）、 项处理过程（t erm）、因子处理过程（fac tor）和条件处理过程（cond it ion） 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（ente

6、r）、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。由pl/0的语法图可知：一个完整的pl/0程序是由分程序和句号构成的。因此, 本编译程序在运行的时候，通过主程序中调用分程序处理过程block来分析分程 序部分（分程序分析过程中还可能会递归调用block过程），然后，判断最后读 入的符号是否为句号。如果是句号且分程序分析中未出错，则是一个合法的pl/0 程序，可以运行生成的代码，否则就说明源pl/0程序是不合法的，输出出错提示 即可。语法单元分析：1、分程序处理过程：语法分析开始后，首先调用分程序处理过程（block）处理分程序。

7、过程入 口参数置为： 0层、符号表位置0、出错恢复单词集合为句号、声明符或语句开始 符。进入block过程后，首先把局部数据段分配指针设为3,准备分配3个单元供 运行期存放静态链sl、动态链dl和返回地址ra。然后用txO记录下当前符号表位 置并产生一条jmp指令，准备跳转到主程序的开始位置，由于当前还没有知到主 程序究竟在何处开始，所以jmp的目标暂时填为0,稍后再改。同时在符号表的当 前位置记录下这个jmp指令在代码段中的位置。在判断了嵌套层数没有超过规定 的层数后，开始分析源程序。首先判断是否遇到了常量声明，如果遇到则开始常 量定义，把常量存入符号表。接下去用同样的方法分析变量声明，变量

8、定义过程 中会用dx变量记录下局部数据段分配的空间个数。然后如果遇到procedure保留 字则进行过程声明和定义，声明的方法是把过程的名字和所在的层次记入符号 表，过程定义的方法就是通过递归调用block过程，因为每个过程都是一个分程 序。由于这是分程序中的分程序，因此调用block时需把当前的层次号lev加一传 递给block过程。分程序声明部分完成后，即将进入语句的处理，这时的代码分 配指针CX的值正好指向语句的开始位置，这个位置正是前面的j mp指令需要跳转 到的位置。于是通过前面记录下来的地址值，把这个j mp指令的跳转位置改成当 前cx的位置。并在符号表中记录下当前的代码段分配地址

9、和局部数据段要分配的 大小（dx的值）。生成一条int指令，分配dx个空间，作为这个分程序段的第一 条指令。下面就调用语句处理过程stat eme nt分析语句。分析完成后，生成操作 数为0的opr指令，用于从分程序返回（对于0层的主程序来说，就是程序运行完 成，退出）。2、常量定义过程：通过循环，反复获得标识符和对应的值，存入符号表。符号表中记录下标识 符的名字和它对应的值。3、变量定义过程：与常量定义类似，通过循环，反复获得标识符，存入符号表。符号表中记录 下标识符的名字、它所在的层及它在所在层中的偏移地址。4、语句处理过程：语句处理过程是一个嵌套子程序，通过调用表达式处理、项处理、因子处

10、理 等过程及递归调用自己来实现对语句的分析。语句处理过程可以识别的语句包括 赋值语句、read语句、wri te语句、cal l语句、if语句、while语句。当遇到begin/end 语句时，就递归调用自己来分析。分析的同时生成相应的类pcode指令。5、赋值语句的处理：首先获取赋值号左边的标识符，从符号表中找到它的信息，并确认这个标识 符确为变量名。然后通过调用表达式处理过程算得赋值号右部的表达式的值并生 成相应的指令保证这个值放在运行期的数据栈顶。最后通过前面查到的左部变量 的位置信息，生成相应的sto指令，把栈顶值存入指定的变量的空间，实现了赋 值操作。6、read语句的处理：确定re

11、ad语句语法合理的前提下（否则报错），生成相应的指令：第一条是 16号操作的opr指令，实现从标准输入设备上读一个整数值，放在数据栈顶。第 二条是sto指令，把栈顶的值存入read语句括号中的变量所在的单元。7、write语句的处理：与read语句相似。在语法正确的前提下，生成指令：通过循环调用表达式处 理过程分析wri te语句括号中的每一个表达式，生成相应指令保证把表达式的值 算出并放到数据栈顶并生成14号操作的opr指令，输出表达式的值。最后生成15 号操作的opr指令输出一个换行。8、call语句的处理：从符号表中找到call语句右部的标识符，获得其所在层次和偏移地址。然后 生成相应的

12、ca l指令。至于调用子过程所需的保护现场等工作是由类pcode解释程 序在解释执行cal指令时自动完成的。9、if语句的处理：按if语句的语法，首先调用逻辑表达式处理过程处理if语句的条件，把相应 的真假值放到数据栈顶。接下去记录下代码段分配位置（即下面生成的jpc指令 的位置），然后生成条件转移jpc指令（遇0或遇假转移），转移地址未知暂时填 0。然后调用语句处理过程处理then语句后面的语句或语句块。then后的语句处 理完后，当前代码段分配指针的位置就应该是上面的jpc指令的转移位置。通过 前面记录下的jpc指令的位置，把它的跳转位置改成当前的代码段指针位置。10、begin/end语

13、句的处理：通过循环遍历begin/end语句块中的每一个语句，通过递归调用语句分析过 程分析并生成相应代码。11、while语句的处理：首先用cx1变量记下当前代码段分配位置，作为循环的开始位置。然后处理 wh ile语句中的条件表达式生成相应代码把结果放在数据栈顶，再用cx2变量记下 当前位置，生成条件转移指令，转移位置未知，填0。通过递归调用语句分析过 程分析do语句后的语句或语句块并生成相应代码。最后生成一条无条件跳转指令 jmp，跳转到cx1所指位置，并把cx2所指的条件跳转指令的跳转位置改成当前代 码段分配位置。12、表达式、项、因子处理：根据pl/0语法可知，表达式应该是由正负号或

14、无符号开头、由若干个项以加 减号连接而成。而项是由若干个因子以乘除号连接而成，因子则可能是一个标识 符或一个数字，或是一个以括号括起来的子表达式。根据这样的结构，构造出相 应的过程，递归调用就完成了表达式的处理。把项和因子独立开处理解决了加减 号与乘除号的优先级问题。在这几个过程的反复调用中，始终传递fsys变量的值， 保证可以在出错的情况下跳过出错的符号，使分析过程得以进行下去。13、逻辑表达式的处理：首先判断是否为一元逻辑表达式：判奇偶。如果是，则通过调用表达式处理 过程分析计算表达式的值，然后生成判奇指令。如果不是，则肯定是二元逻辑运 算符，通过调用表达式处理过程依次分析运算符左右两部分

15、的值，放在栈顶的两 个空间中，然后依不同的逻辑运算符，生成相应的逻辑判断指令，放入代码段。14、判断单词合法性与出错恢复过程分析：本过程有三个参数，si、s2为两个符号集合，n为出错代码。本过程的功能 是：测试当前符号（即sym变量中的值）是否在si集合中，如果不在，就通过调 用出错报告过程输出出错代码n,并放弃当前符号，通过词法分析过程获取一下 单词，直到这个单词出现在si或s2集合中为止。这个过程在实际使用中很灵活，主要有两个用法： 在进入某个语法单位时，调用本过程，检查当前符号是否属于该语法单位的 开始符号集合。若不属于，则滤去开始符号和后继符号集合外的所有符号。在语法单位分析结束时，调用本过程，检查当前符号是否属于调用该语法单 位时应有的后继符号集合。若不属于，则滤去后继符号和开始符号集合外的所有 符号。通过这样的机制，可以在源程序出现错误时，及时跳过出错的部分，保证语 法分析可以继续下去。15、类pcode代码解释执行过程分析：这个过程模拟了一台可以运行类pcode指令的栈式计算机。它拥有