编译原理课程设计-For语句的翻译程序设计(简单优 先法、输出三地址码)

课程设计

课程编译原理

题目For语句的翻译程序设计（简单优

先法、输出三地址码）

学院计算机科学与技术学院

专业计算机科学与技术

班级计算机1404

姓名王承禹

指导教师林泓

2016 年12 月27 日

目录

1 系统描述 (2)

1.1设计目的 (2)

1.2设计内容描述 (2)

2 文法及属性文法的描述 (2)

3 语法分析方法描述及语法分析表设计 (3)

3.1语法分析方法描述 (3)

3.2分析法操作步骤 (4)

3.3优先关系矩阵 (5)

4 中间代码形式的描述及中间代码序列的结构设计 (5)

4.1中间代码形式 (5)

5 编译系统的概要设计 (6)

5.1数据结构 (6)

5.2模块设计 (6)

5.2.1词法分析模块 (7)

5.2.2语法、语义分析模块 (7)

5.2.3主控模块 (11)

6 详细的算法描述 (11)

6.1词法分析算法 (11)

6.2语法分析算法 (12)

6.3语义分析算法 (12)

7 软件的测试方法和测试结果 (13)

8 本设计的评价、特点、 (14)

9 收获与体会 (14)

10 核心代码 (16)

成绩评定表 (27)

For语句的翻译程序设计

（简单优先法、输出三地址码）

1 系统描述

1.1设计目的

通过学习编译原理的相关内容，设计并编写FOR循环语句的翻译程序，使用简单优先法，按三地址码输出，能够实现词法分析，语法和语义的分析，加深对所学知识的理解，并且能够熟练运用到实际当中。

1.2设计内容描述

FOR循环语句的基本格式如下：

FOR i=E step E until E do Stmt

根据所给题目要求，设计出符合FOR循环语句的文法及属性文法的描述，语法分析方法以及三地址码的输出方式，罗列出词法分析和语法分析的流程，根据语法规则设计输入输出方法，简单优先法中的优先关系表格。设计好并且进行编译，设计若干输入输出用例（包括正确的输入和错误的输入，用来检查程序的完整性）。

2 文法及属性文法的描述

根据For语句的特点，制定的产生式规则及由产生式对应的语义动作如下：

F1 -> for i = E1

{emit(entry(i) , ' = ' , E1.place);

F1.place = entry(i);/*保存控制变量在符号表中的位置*/

F1.chain = nextstat;

emit('goto'--);/*goto OVER*/

F1.codebegin = nextstat;/*保存AGAIN的地址*/}

F2 -> F1 step E2

{F2.codebegin = F1.codebegin;

F2.place = F1.place;

emit(F1.place '=' E2.place '+' F1.place);

backatch(F1.chain,nextstat);}

F3 -> F2 until E3

{F3.codebegin = F2.codebegin;

q = nextstat;

emit('if' F2.place, '<=' E3.place, 'goto' q+2);

/*若i<=E3 转去执行循环体的第一个三地址码*/

F3.chain = nextstat;

emit('goto'--)/*转离循环*/}

S -> F3 do Stmt

{emit ('goto' F3.codebegin)/*goto AGAIN*/

backpatch(Stmt.chain,F3.codebegin);

Stmt.chain = F3.chain/*转离循环的转移目标留待外层S时再回填*/}

3 语法分析方法描述及语法分析表设计

3.1语法分析方法描述

本次课内实践要求使用简单优先关系方法。

简单优先分析法的基本思想史对一个文法按照一定原则求出该文法所有符号即包括终结符和非终结符之间的优先关系确定归约过程中的句柄，它的归约实际上是一种规范归约。一个文法是简单优先文法必须满足以下条件

（1）在文法符号集V中，任意两个符号之间最多只有一种优先关系成立；

（2）在文法中任意两个产生式没有相同的右部。

三种优先关系及其判定方法如下所示：

（1）X=Y 表示X和Y的优先关系相等，当且仅当G中存在产生式规则A→…XY…；

（2）X

A→…XB…，且B Y…；

（3）X>Y表示X的优先性比Y的优先性大，当且仅当G中存在产生式规则

A→…BD…，且B…X和D Y…；

（4）对任何X，若文法开始符号S→X…，则##。

3.2分析法操作步骤

（1）由简单优先分析法的基本思想设计的如下算法，首先要构造优先关系矩阵（如3.3所示），并将文法产生式保存，设置符号数组S：

（2）将输入符号串a1a2…an # 依次逐个保存符号数组S中，直到遇到数组中第一个符号ai的优先性>下一个待输入符号aj为止。

（3）数组当前符号ai为句柄尾，由此向左在数组中找句柄的头符号ak，即找到ak-1

由句柄ak…ai在文法的产生式中查找右部为ak…ai的产生式，若找到则用相应左部代替句柄，找不到则为出错，这是可断定输入串不是该文法的句子。

重复（1）（2）（3），直到归约完输入符号串，数组中只剩文法的开始符号为止。

3.3优先关系矩阵

4 中间代码形式的描述及中间代码序列的结构设计4.1中间代码形式

三地址码是由下面一般形式的语句构成的序列：

x:=y op z

其中，xyz为名字、常数或变量；op代表运算符。

对于本程序的具体三地址码输出，预计显示结果如下：给定输入程序for i=0 step 1 until 10 do {j=b+c;} 三地址码输出为

<1> i=0

<2> goto <5>

<3> i++

<4> if i<10 goto<5> else goto<7>

<5> j=b+c

<6> goto<3>

<7> end

5 编译系统的概要设计

5.1数据结构

单词种别：

struct Token

{

//单词种别

int num;

//词素（单词的值）

string lexeme;

};

产生式结构：

struct Term

{

//1为状态，2为产生式

int kind;

//如果是状态保存格子里的内容

string action;

};

5.2模块设计

本系统分为四大模块：词法分析模块、语法分析模块、语义分析模块以及主控模块，其中主控模块负责协调前三个模块。词法分析模块为语法分析模块以及语义分析模块提供单词序列。

5.2.1词法分析模块

void LexicalScanner()

{

//词法分析

FILE *fp;

char ch;

errno_t _err2 = fopen_s(&fp, "d:\\123.txt", "rb");

if (fp == NULL)

//取当前目录下的tk.txt文件的第一个字符

{

fprintf(stderr, "error opening!\n");

//格式化输出到流

//错误打印到屏幕上

exit(1);

}

do{

ch = fgetc(fp);

if (ch == '$')

break;

//作为文件结尾

else if (ch == ' ')

scanner(fp);

//空格略过

else

{

fseek(fp, -1, 1);

scanner(fp);

}

//扫描

} while (ch != '$');

strings[arrTop] ="(1,$)";

}

5.2.2语法、语义分析模块

void Semantic()

{

Token t1;

t1.lexeme ="#";

t1.num = 100;

tokens[tokenTop] = t1;

for (int i = 0;i < 20;i++)

{

cout << tokens[i].lexeme <<" ";

}

cout << endl;

string product1 = "fori=E1";

string product2 = "F1stepE2";

string product3 = "F2untilE3";

string product4 = "F3doS1";

stack tokenStack;

for (int i = 0;i < 15;i++)

{

for (int j = 0;j < 15;j++)

{

priorityTable[i][j] = 2;

}

}

tokenStack.push("#");

map_.insert(map::value_type("S", 0)); map_.insert(map::value_type("F1", 1)); map_.insert(map::value_type("F2", 2)); map_.insert(map::value_type("F3", 3)); map_.insert(map::value_type("for", 4)); map_.insert(map::value_type("step", 5)); map_.insert(map::value_type("until", 6)); map_.insert(map::value_type("do", 7)); map_.insert(map::value_type("i", 8)); map_.insert(map::value_type("=", 9)); map_.insert(map::value_type("E1", 10)); map_.insert(map::value_type("E2", 11)); map_.insert(map::value_type("E3", 12)); //map_.insert(map::value_type("#", 13)); map_.insert(map::value_type("S1", 13)); map_.insert(map::value_type("#", 14));

priorityTable[map_["for"]][map_["i"]] = 0; priorityTable[map_["i"]][map_["="]] = 0;

priorityTable[map_["="]][map_["E1"]] = 0;

priorityTable[map_["F1"]][map_["step"]] = 0; priorityTable[map_["step"]][map_["E2"]] = 0; priorityTable[map_["F2"]][map_["until"]] = 0; priorityTable[map_["until"]][map_["E3"]] = 0; priorityTable[map_["F3"]][map_["do"]] = 0; priorityTable[map_["do"]][map_["S1"]] = 0;

priorityTable[map_["do"]][map_["F3"]] = -1;

priorityTable[map_["do"]][map_["F2"]] = -1;

priorityTable[map_["do"]][map_["F1"]] = -1;

priorityTable[map_["do"]][map_["for"]] = -1;

priorityTable[map_["#"]][map_["S"]] = -1;

priorityTable[map_["#"]][map_["F1"]] = -1;

priorityTable[map_["#"]][map_["F2"]] = -1;

priorityTable[map_["#"]][map_["F3"]] = -1;

priorityTable[map_["#"]][map_["for"]] = -1;

priorityTable[map_["E1"]][map_["step"]] = 1;

priorityTable[map_["E2"]][map_["until"]] = 1;

priorityTable[map_["E3"]][map_["do"]] = 1;

priorityTable[map_["S"]][map_["#"]] = 1;

for (int i = 0;i < 15;i++)

{

for (int j = 0;j < 15;j++)

{

cout << priorityTable[i][j]<<" ";

}

cout << endl;

}

int i = 0;

while (strcmp("#",tokens[i].lexeme.c_str())!=0)

{

while (priorityTable[map_[tokenStack.top()]][map_[tokens[i].lexeme.c_str()]]<1)

{

tokenStack.push(tokens[i].lexeme);

//cout << tokenStack.top() << endl;

i++;

}

if

(priorityTable[map_[tokenStack.top()]][map_[tokens[i].lexeme.c_str()]]==2&&!strcmp(tokens[i].lexem e.c_str()," "))

{

cout <<"error"<< endl;

system("pause");

//error

}

else

{

//cout << "enter" << endl;

string tempStr = "";

string top = tokenStack.top();

tempStr = tokenStack.top() + tempStr;

tokenStack.pop();

while (priorityTable[map_[tokenStack.top()]][map_[top]]==0)

{

top = tokenStack.top();

tempStr = top + tempStr;

tokenStack.pop();

//cout << tempStr << endl;

}

if (priorityTable[map_[tokenStack.top()]][map_[top]] == 2)

{

//error

cout <<"error2"<< endl;

system("pause");

}

else

{

if (!strcmp(tempStr.c_str(), product1.c_str()))

{

tokenStack.push("F1");

cout <<"i=E1"<< endl;

cout <<"goto OVER"<< endl;

}

if (!strcmp(tempStr.c_str(), product2.c_str()))

{

tokenStack.push("F2");

cout <<"AGAIN:i=i+E2"<< endl;

}

if (!strcmp(tempStr.c_str(), product3.c_str()))

{

tokenStack.push("F3");

cout <<"OVER: if i

}

if (!strcmp(tempStr.c_str(), product4.c_str()))

{

tokenStack.push("S");

cout <<"begin S1;"<< endl <<"goto AGAIN end;"<< endl;

}

}

//cout << tempStr << endl;

}

//tokenStack.push(tokens[i].lexeme);

//i++;

}

}

5.2.3主控模块

int main()

{

File.open("d:\\1233.txt", ios::out);

//词法分析

LexicalScanner();

//词法分析完成后会将Token序列输出到中间文件

//语法分析

SyntaxScanner();

//语义分析

Semantic();

File.close();

cout << translation << endl;

return 0;

}

6 详细的算法描述

6.1词法分析算法

6.2语法分析算法

6.3语义分析算法

语法分析与语义分析同步完成，在规约的过程中，每使用一个产生式则调用其对应的动作

7 软件的测试方法和测试结果

编译调试环境：Visual Studio 2015 Community 程序语言：C++

测试用例：

采用如下形式双重循环作为测试用例之一

首先输出的是词法分析结果：

然后是语法以及语义分析结果：

8 本设计的评价、特点、

本系统可以完成Fortran语言的For语句的语法制导翻译，在词法分析的基础上先后进行语法分析和语义分析。

在完成这些功能的基础上，我认为此系统仍然不能算一个合格的产品，还有很多需要改进之处。例如，词法分析可以进一步改进成为词法分析器的自动生成器。语法分析和语义分析也应改为自动生成简单优先文法生成器。

特点：本系统可以完成Fortran语言的子集（For语句）的制导翻译，但是没有优化过程，符号表的控制也很简单，很多代码采用了硬编的方法，改变文法将导致巨大的工作量。因此本系统的一大特点是不易扩展和变更。

9 收获与体会

经过这次课内实践，使我更加扎实的掌握了有关编译原理方面的知识，在编写程序的过程中遇到了许多问题，但经过一遍遍的调试终于使得程序可以顺利运行。但是程序中存在着很大的不足：程序可扩展性差。

过而能改，善莫大焉。在课内过程中，我不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课内实践终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后终于游逆而解。在今后发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上