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课程设计报告
设计题目：简单文法的编译器的设计与实现
班级：计算机1206
组长学号：20123966
组长姓名：
指导教师：
设计时间：2014年12月
摘要
编译原理是计算机科学与技术专业一门重要的专业课, 它具有很强的理论性与实践性，目的是系统地向学生介绍编译系统的结构、工作原理以及编译程序各组成部分的设计原理和实现技术，在计算机本科教学中占有十分重要的地位。计算机语言之所以能由单一的机器语言发展到现今的数千种高级语言，就是因为有了编译技术。编译技术是计算机科学中发展得最迅速、最成熟的一个分支，它集中体现了计算机发展的成果与精华。
本课设是词法分析、语法分析、语义分析的综合，外加上扩展任务中间代码的优化和目标代码的生成，主要是锻炼学生的逻辑思维能力，进一步理解编译原理的方法和步骤。
关键词：编译原理，前端，目标代码，后端
目录
摘要 (3)
1. 概述 (6)
2. 课程设计任务及要求 (8)
2.1 设计任务 (8)
2.2 设计要求 (9)
3. 算法及数据结构 (10)
3.1算法的总体思想 (10)
3.2 词法分析器模块 (11)
3.2.1 功能 (11)
3.2.2 数据结构 (11)
3.2.3 算法 (12)
3.3 语法分析器模块 (13)
3.3.1功能 (13)
3.3.2 数据结构 (13)
3.3.3算法 (14)
3.4 中间代码产生器模块 (24)
3.4.1 功能 (24)
3.4.2 数据结构 (24)
3.4.3 算法 (25)
3.5 优化器模块 (27)
3.5.1 功能 (27)
3.5.2 数据结构 (27)
3.5.3 算法 (28)
3.6 目标代码生成器模块 (30)
3.6.1功能 (30)
3.6.2 数据结构 (30)
3.6.3 算法 (31)
4. 程序设计与实现 (32)
4.1 程序流程图 (32)
4.2 程序说明 (33)
4.3 实验结果 (35)
5. 结论 (42)
6. 参考文献 (43)
7. 收获、体会和建议 (44)
1 概述
在计算机上执行一个高级语言程序一般要分为两步；第一步，用一个编译程序把高级语言翻译成机器语言程序；第二步，运行所得的机器语言程序求得计算结果。在学习《编译原理》课程过程中，逐渐掌握各章节构造编译程序的基本理论，并能独立完成词法分析器、语法分析器和语义分析器实验，在基本实验完成的基础上，逐步完成课程设计。针对自己的理解和学习，实现一个小编译器括符号表的构造。
编译程序的工作过程一般可以划分为五个阶段：词法分析、语法分析、语义分析和中间代码产生、优化、目标代码生成。
第一阶段，词法分析。词法分析的任务是：输入源程序，对构成源程序的字符串进行分解和扫描，识别出一个个的单词或符号。我们设计了符号表，包括名字栏和信息栏，其中名字栏作为关键字，根据给定的名字，在符号表中查找其信息。如果该名字在符号表中不存在，则将其加入到符号表中，否则返回指向该名字的指针，从符号表中删除给定名字的表项，并且设计了词法分析器，具体实现为设计各单词的状态转换图，并为不同的单词设计种别码。将词法分析器设计成供语法分析器调用的子程序。词法分析器具备预处理功能。将不翻译的注释等符号先滤掉，只保留要翻译的符号串，即要求设计一个供词法分析调用的预处理子程序；，能够拼出语言中的各个单词，将拼出的标识符填入符号表，返回识别单词或符号的种别码和属性值。
第二阶段，语法分析。在词法分析的基础上，根据语言的语法规则，把单词符号串分解成各类语法单位。通过语法分析，确定整个输入串是否构成语法上正确的“程序”。我们实现了语法分析器，能够使用预测分
析法、递归下降分析法、算符优先分析法、SLR分析法实现对表达式、各种说明语句、控制语句进行语法分析。
第三阶段，语义分析和中间代码产生。对语法分析所识别的各类语法范畴，分析其含义，并进行初步翻译(产生中间代码）。这一阶段包括两个方面的工作。首先，对每种语法范畴进行静态语义检查。如果语义正确，则依循语言的语义规则进行中间代码的翻译。
第四阶段，优化。优化的任务在于对前段产生的中间代码进行加工变换，以期在最后阶段能产生出更为高效的目标代码。例如公共子表达式的提取、循环优化、删除无用代码。
第五阶段，目标代码生成，把中间代码变换成特定机器上的低级语言代码，有赖于硬件系统结构和机器指令含义来实现最后的翻译。在能完成指定寄存器个数的情况下将一中间代码程序段翻译成汇编语言目标代码。
通过对编译器的设计实现，一方面再次熟悉了c语言的编程方法及思想，另一方面加深了而对所学编译知识的掌握和理解，也深刻的理解了编译器的思想和实现方法；从词法分析到语法分析，再到语义分析，整个独立而又紧密联系的环节，紧紧相扣，整体的实现理解的更加透彻。不过由于编译程序本身涉及到词法分析、语法分析、代码生成、错误恢复和优化等诸多模块，要在实验中做到面面俱到不太可能，所以本编译器不可避免的会存在各种问题，但作为一个具有基本功能的、可扩充的系统，完全达到了巩固编译原理的理论知识，并将其运用于实践的目的。
2 课程设计任务及要求
2.1 设计任务
任务内容：①定义一个简单程序设计语言文法（包括变量说明语句、算术运算表达式、赋值语句；扩展包括逻辑运算表达式、If语句、While 语句等）；②扫描器设计实现；③语法分析器设计实现；④中间代码设计；
⑤中间代码生成器设计实现；⑥中间代码优化；⑦生成目标代码。
分析完任务内容，我们制定出一套满足老师要求的语句的文法结构，具体内容如下（其中“？”代表空产生式）：
程序-->void main (){函数体}
函数体-->变量声明语句函数体|赋值语句函数体|if(表达式){函数体}[else{函数体}]函数体|while(表达式){函数体} 函数体|?
变量声明语句-->类型标识符变量声明语句_1 ;
类型-->int |char |bool
变量声明语句_1-->,标识符变量声明语句_1 |=表达式变量声明语句_1|?
赋值语句-->标识符=表达式;
表达式-->算数表达式逻辑表达式
逻辑表达式--> >[=]算数表达式|<[=]算数表达式|==算数表达式|and 算数表达式|or 算数表达式|not 算数表达式|?（此处的[]代表可选）
算数表达式（这个地方直接写出老师上课讲授的形式）：
E-->T E1
E1-->+ T E1|- T E1|?
T-->F T1
T1-->* F T1|/ F T1|?
F-->标识符[常数]|(E)
这个文法满足老师的要求，但是也存在一些不足，比如变量类型中没有处理实数，数组和结构体以及if语句和while语句后必须有大括弧匹配。
2.2 设计要求
1、在深入理解编译原理基本原理的基础上，对于选定的题目，以小组为单位，先确定设计方案；
2、设计系统的数据结构和程序结构，设计每个模块的处理流程。要求设计合理；
3、编程序实现系统，要求实现可视化的运行界面，界面应清楚地反映出系统的运行结果；
4、确定测试方案，选择测试用例，对系统进行测试；
5、运行系统并要通过验收，讲解运行结果，说明系统的特色和创新之处，并回答指导教师的提问；
3 算法及数据结构
3.1 算法的总体思想
词法分析器又称为扫描器，它的任务就是对输入的源程序进行词法分析输出单词符号供语法分析使用，语法分析器简称分析器，对单词符号串进行语法分析，根据语法规则进行推导，识别出各类语法单位，最终判断输入串是否构成语法上正确的“程序”。语义分析与中间代码产生器，按照语义规则对语法分析器推导出的语法单位进行语义分析并把它们翻译成一定形式的中间代码。优化器就是对中间代码进行优化处理。目标代码生成器，把中间代码翻译成目标程序。符号表用来登记源程序中出现的变量及其属性。另外，如果源程序有错误，编译发现错误，把有关错误信息报告给用户，即出错处理。流程图如下：
3.2 词法分析器模块
3.2.1 功能
词法分析器功能室输入源程序，输出单词符号。单词符号是一个
程序语言的基本语法符号。程序语言的单词符号一般可分为下列5种。
（1）关键字是由程序语言定义的具有固定亿的标识符。有时称
这些标识符为保留字或基本字。
（2）标识符用来标示各种名字，如变量名，数组名，函数名等。
（3）常数程序中出现用来运算的数值
（4）运算符我们所定义的文法包括+，-，*，/算术运算符，还
有and，or，not，>=，>，<，<=，==逻辑运算符。
（5）界符程序中用来分割的符号。
3.2.2 数据结构
一个程序语言的关键字，运算符和界符都是确定的，一般只有几
十个或上百个。而对于标识符或常数的使用都不加限制。词法分析器所
输出的单词符号常常表示为二元式结构：（单词种别，单词符号的属性值）；相应的数据结构处理为如下表示：
char*KeyWords[]={"main","bool","int","char","void","if","else" ,"while"};//关键字k
char Definition[]={'{', '}', '[', ']' , '(', ')' , '+' , '-' , '*' , '/' , '=' , '>','<', ';',',','\'','\"'};//界符表p char *ID[1000]; int IdNum=0;//标识符表i
int Cons[1000]; int ConsNumber=0;//算数常量表类码c typedef struct TokenType{
char code;
int value;
}TokenType;//单词符号的二元式结构 3.2.3 算法
3.3语法分析器模块
3.3.1功能
语法分析是编译过程的核心部分。它的任务是在词法分析识别出单词符号串的基础上，分析并判定程序的语法结构是否符合语法规则。语法分析器在编译程序中的地位也是非常重要。
语言的语法结构是用上下文无关文法描述的。因此，语法分析器的工作本质上就是按照文法的产生式，识别输入符号串是否为一个句子。
按照语法分析树的建立方法，可以粗略的把语法分析方法分成两类，一类是自上而下的分析方法，另一类是自下而上的分析方法。在本次的课程设计中使用的是自上而下的分析方法中的递归下降分析法，用这种分析法的好处是，直观易懂，便于表示做递归和因子提取。
自上而下的分析方法的主旨就是，对任何输入串，试图用一切可能的办法。从文法开始符号出发，自上而下的为输入串建立一棵语法树。或者说，为输入串寻找一个最左推导。这种方法本质上就是一种试探过程，是反复使用不同产生式谋求匹配输入串的过程。
3.3.2 数据结构
对于语法分析过程而言，其处理的数据是来自于Token序列，是词法分析的产物。语法分析的任务就是识别和处理比单词更大的语法单位，比如：程序设计语言中的表达式、各种说明和语句乃至全部程序。所以这个部分不需要构造新的数据结构，其数据结构是沿用上一部分的数据结构，在这里就不再列举了，具体数据结构请参见词法分析部分。
3.3.3 算法主控程序：
B（w）子程序：
《编译原理》课程设计大纲 课程编号： 课程名称：编译原理/Compiler Principles 周数/学分：1周/1学分 先修课程：高级程序设计语言、汇编语言、离散数学、数据结构 适用专业：计算机科学与技术专业、软件工程专业 开课学院，系或教研室：计算机科学与技术学院 一、课程设计的目的 课程设计是对学生的一种全面综合训练，是与课堂听讲、自学和练习相辅相成的必不可少的一个教学环节。通常，设计题中的问题比平时的练习题要复杂，也更接近实际。编译原理这门课程安排的课程设计的目的是旨在要求学生进一步巩固课堂上所学的理论知识，深化理解和灵活掌握教学内容，选择合适的数据逻辑结构表示问题，然后编制算法和程序完成设计要求，从而进一步培养学生独立思考问题、分析问题、解决实际问题的动手能力。 要求学生在上机前应认真做好各种准备工作，熟悉机器的操作系统和语言的集成环境，独立完成算法编制和程序代码的编写。 设计时间： 开发工具： （1） DOS环境下使用Turbo C； （2） Windows环境下使用Visual C++ 。 （3） 其它熟悉语言。 二、课程设计的内容和要求 设计题一：算术表达式的语法分析及语义分析程序设计。 1.目的
通过设计、编制、调试一个算术表达式的语法及语义分析程序，加深对语法及语义分析原理的理解，并实现词法分析程序对单词序列的词 法检查和分析。 2.设计内容及要求： 算术表达式的文法： 〈无符号整数〉∷＝ 〈数字〉{〈数字〉} 〈标志符〉∷＝ 〈字母〉{〈字母〉｜〈数字〉} 〈表达式〉∷＝ [＋｜－]〈项〉{〈加法运算符〉〈项〉} 〈项〉∷＝ 〈因子〉{〈乘法运算符〉〈因子〉} 〈因子〉∷＝ 〈标志符〉｜〈无符号整数〉｜‘（’〈表达式〉‘）’ 〈加法运算符〉∷＝ ＋｜－ 〈乘法运算符〉∷＝ ＊｜／ （1） 分别选择递归下降法、算符优先分析法（或简单优 先法）完成以上任务，中间代码选用逆波兰式。 （2） 分别选择LL（1）、LR法完成以上任务，中间代码选 用四元式。 （3） 写出算术表达式的符合分析方法要求的文法，给出 分析方法的思想，完成分析程序设计。 （4） 编制好分析程序后，设计若干用例，上机测试并通 过所设计的分析程序。 设计题二：简单计算器的设计 1．目的 通过设计、编制、调试一个简单计算器程序，加深对语法及语 义分析原理的理解，并实现词法分析程序对单词序列的词法检 查和分析。 2.设计内容及要求 算术表达式的文法：
编译原理语法分析实验报告 - 班级:XXX 学号:XXX 姓名:XXX 年月日 1、摘要: 用递归子程序法实现对pascal的子集程序设计语言的分析程序 2、实验目的: 通过完成语法分析程序，了解语法分析的过程和作用 3、任务概述 实验要求:对源程序的内码流进行分析，如为文法定义的句子输出”是”否则输出”否”,根据需要处理说明语句填写写相应的符号表供以后代码生成时使用 4、实验依据的原理 递归子程序法是一种自顶向下的语法分析方法，它要求文法是LL(1)文法。通过对文法中每个非终结符编写一个递归过程，每个过程的功能是识别由该非终结符推出的串，当某非终结符的产生式有多个候选式时，程序能够按LL(1)形式唯一地确定选择某个候选式进行推导，最终识别输入串是否与文法匹配。 递归子程序法的缺点是:对文法要求高，必须满足LL(1)文法，当然在某些语言中个别产生式的推导当不满足LL(1)而满足LL(2)时，也可以采用多向前扫描一个符号的办法;它的另一个缺点是由于递归调用多，所以速度慢占用空间多，尽管这样，它还是许多高级语言，例如PASCAL，C等编译系统常常采用的语法分析方法。
为适合递归子程序法，对实验一词法分析中的文法改写成无左递归和无左共因子的,,,如下: <程序>?<程序首部><分程序>。 <程序首部>?PROGRAM标识符; <分程序>?<常量说明部分><变量说明部分><过程说明部分> <复合语句> <常量说明部分>?CONST<常量定义><常量定义后缀>;|ε <常量定义>?标识符=无符号整数 <常量定义后缀>?，<常量定义><常量定义后缀> |ε <变量说明部分>?VAR<变量定义><变量定义后缀> |ε <变量定义>?标识符<标识符后缀>:<类型>; <标识符后缀>?，标识符<标识符后缀> |ε <变量定义后缀>?<变量定义><变量定义后缀> |ε <类型>?INTEGER | LONG <过程说明部分>?<过程首部><分程序>;<过程说明部分后缀>|ε <过程首部>?PROCEDURE标识符<参数部分>; <参数部分>?(标识符: <类型>)|ε <过程说明部分后缀>?<过程首部><分程序>;<过程说明部分后缀>|ε <语句>?<赋值或调用语句>|<条件语句>|<当型循环语句>|<读语句> |<写语句>|<复合语句>|ε <赋值或调用语句>?标识符<后缀> <后缀>?:=<表达式>|(<表达式>)|ε <条件语句>?IF<条件>THEN<语句> <当型循环语句>?WHILE<条件>DO <语句> <读语句>?READ(标识符<标识符后缀>)
学号107 成绩 编译原理上机报告 名称：编写递归下降语法分析器 学院：信息与控制工程学院 专业：计算机科学与技术 班级：计算机1401班 姓名：叶达成 2016年10月31日
一、上机目的 通过设计、编制、调试一个递归下降语法分析程序，实现对词法分析程序所提供的单词序列进行语法检查和结构分析，掌握常用的语法分析方法。通过本实验，应达到以下目标： 1、掌握从源程序文件中读取有效字符的方法和产生源程序的内部表示文件的方法。 2、掌握词法分析的实现方法。 3、上机调试编出的词法分析程序。 二、基本原理和上机步骤 递归下降分析程序实现思想简单易懂。程序结构和语法产生式有直接的对应关系。因为每个过程表示一个非终结符号的处理，添加语义加工工作比较方便。 递归下降分析程序的实现思想是：识别程序由一组子程序组成。每个子程序对应于一个非终结符号。 每一个子程序的功能是：选择正确的右部，扫描完相应的字。在右部中有非终结符号时，调用该非终结符号对应的子程序来完成。 自上向下分析过程中，如果带回溯，则分析过程是穷举所有可能的推导，看是否能推导出待检查的符号串。分析速度慢。而无回溯的自上向下分析技术，当选择某非终结符的产生时，可根据输入串的当前符号以及各产生式右部首符号而进行，效率高，且不易出错。 无回溯的自上向下分析技术可用的先决条件是：无左递归和无回溯。 无左递归：既没有直接左递归，也没有间接左递归。 无回溯：对于任一非终结符号U的产生式右部x1|x2|…|x n，其对应的字的首终结符号两两不相交。 如果一个文法不含回路（形如P?+ P的推导），也不含以ε为右部的产生式，那么可以通过执行消除文法左递归的算法消除文法的一切左递归（改写后的文法可能含有以ε为右部的产生式）。 三、上机结果 测试数据： (1)输入一以#结束的符号串(包括+—*/（）i#)：在此位置输入符号串例如：i+i*i# (2)输出结果：i+i*i#为合法符号串 (3)输入一符号串如i+i*#,要求输出为“非法的符号串”。 程序清单： #include
《LL（1）分析器的构造》实验报告 一、实验名称 LL(1)分析器的构造 二、实验目的 设计、编制、调试一个LL(1)语法分析器，利用语法分析器对符号串的识别，加深对语法分析原理的理解。 三、实验内容和要求 设计并实现一个LL(1)语法分析器，实现对算术文法: G[E]:E->E+T|T T->T*F|F F->(E)|i 所定义的符号串进行识别，例如符号串i+i*i为文法所定义的句子，符号串ii+++*i+不是文法所定义的句子。 实验要求: 1、检测左递归，如果有则进行消除； 2、求解FIRST集和FOLLOW集； 3、构建LL(1)分析表； 4、构建LL分析程序，对于用户输入的句子，能够利用所构造的分析程序进行分析，并显示出分析过程。 四、主要仪器设备 硬件：微型计算机。 软件： Code blocks（也可以是其它集成开发环境）。 五、实验过程描述 1、程序主要框架 程序中编写了以下函数，各个函数实现的作用如下： void input_grammer(string *G);//输入文法G
//将文法G预处理得到产生式集合P，非终结符、终结符集合U、u， int eliminate_1(string *G,string *P,string U,string *GG);//消除文法G中所有直接左递归得到文法GG int* ifempty(string* P,string U,int k,int n);//判断各非终结符是否能推导为空 string* FIRST_X(string* P,string U,string u,int* empty,int k,int n)；求所有非终结符的FIRST集 string FIRST(string U,string u,string* first,string s)；//求符号串s=X1X2...Xn的FIRST集 string** create_table(string *P,string U,string u,int n,int t,int k,string* first)；//构造分析表 void analyse(string **table,string U,string u,int t,string s)；//分析符号串s 2、编写的源程序 #include 课程设计(论文)任务书 软件学院学院软件工程专业07-1班 一、课程设计(论文)题目LL(1)分析过程模拟 二、课程设计(论文)工作自 2010 年 6 月 22日起至 2010 年 6月 28 日止。 三、课程设计(论文) 地点: 四、课程设计(论文)内容要求： 1．本课程设计的目的 （1）使学生掌握LL（1）模块的基本工作原理； （2）培养学生基本掌握LL（1）分析的基本思路和方法； （3）使学生掌握LL（1）的调试； （4）培养学生分析、解决问题的能力； （5）提高学生的科技论文写作能力。 2．课程设计的任务及要求 1）基本要求： （1）分析LL（1）模块的工作原理； （2）提出程序的设计方案； （3）对所设计程序进行调试。 2）创新要求： 在基本要求达到后，可进行创新设计，如改算法效率。 3）课程设计论文编写要求 （1）要按照书稿的规格打印誊写课程设计论文 （2）论文包括目录、绪论、正文、小结、参考文献、附录等 （3）课程设计论文装订按学校的统一要求完成 4）答辩与评分标准： （1）完成原理分析：20分； （2）完成设计过程（含翻译）：40分； （3）完成调试：20分； （4）回答问题：20分。 5）参考文献： （1）张素琴，吕映芝，蒋维杜，戴桂兰.编译原理（第2版）.清华大学出版社 （2）丁振凡.《Java语言实用教程》北京邮电大学出版社 6）课程设计进度安排 内容天数地点 构思及收集资料2图书馆 编程与调试4实验室 撰写论文1图书馆、实验室 学生签名： 2009 年6 月22 日 课程设计(论文)评审意见 （1）完成原理分析（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（2）设计分析（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（3）完成调试（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（4）翻译能力（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（5）回答问题（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（6）格式规范性及考勤是否降等级：是（）、否（） 评阅人：职称： 年月日 编译原理课程设计报告 课题名称： C-语言编译器设计（scanner和parser） 提交文档学生姓名： 提交文档学生学号： 同组成员名单：无 指导教师姓名：金军 指导教师评阅成绩： 指导教师评阅意见： . . 提交报告时间： 2011年 6 月 17 日 1.课程设计目标 设计C-Minus编译器分为scanner和parser两个部分。scanner主要作用是对目标代码进行扫描，列出关键字，变量等内容；parser主要对语法进行分析并生成语法树。 2.分析与设计 ●实现方法：代码用C语言编译而成。其中scanner为手工实现，主要采用switch-case结构实现 状态转换；parser部分采用递归下降分析方法实现。 ●扫描器：C-的词法如下： 1、语言的关键字：i f el se i nt return void while 2、专用符号：+ - * /< <= > >= == != =; , ( ) [ ] { } /* */ 3、其他标记是变量（ID）和数字（NUM），通过下列正则表达式定义： ID = letter letter* NUM = di git digi t* letter = a|..|z|A|..|Z digi t = 0|..|9 4、空格由空白、换行符和制表符组成。空格通常被忽略，除了它必须分开ID、NUM关键字 5. 注释用通常的C语言符号/ * . . . * /围起来。注释可以放在任何空白出现的位置(即注释不能放在 标记内)上，且可以超过一行。注释不能嵌套 其DFA图如下： 分析器：以下为C-的语法规则BNF: . 编译原理实验专业：13级网络工程 语法分析器1 一、实现方法描述 所给文法为G【E】； E->TE’ E’->+TE’|空 T->FT’ T’->*FT’|空 F->i|(E) 递归子程序法： 首先计算出五个非终结符的first集合follow集，然后根据五个产生式定义了五个函数。定义字符数组vocabulary来存储输入的句子，字符指针ch指向vocabulary。从非终结符E函数出发，如果首字符属于E的first集，则依次进入T函数和E’函数，开始递归调用。在每个函数中，都要判断指针所指字符是否属于该非终结符的first集，属于则根据产生式进入下一个函数进行调用，若first集中有空字符，还要判断是否属于该非终结符的follow集。以分号作为结束符。 二、实现代码 头文件shiyan3.h #include #include int a=0; cout<<"按1结束程序"< 编译原理程序设计报告 一个简单文法的编译器的设计与实现专业班级：计算机1406班 组长姓名：宋世波 组长学号： 20143753 指导教师：肖桐 2016年12月 设计分工 组长学号及姓名：宋世波20143753 分工：文法及数据结构设计 词法分析 语法分析（LL1） 基于DAG的中间代码优化 部分目标代码生成 组员1学号及姓名：黄润华20143740 分工：中间代码生成(LR0) 部分目标代码生成 组员2学号及姓名：孙何奇20143754 分工：符号表组织 部分目标代码生成 摘要 编译器是将便于人编写，阅读，维护的高级计算机语言翻译为计算机能解读、运行的低阶机器语言的程序。编译是从源代码（通常为高阶语言）到能直接被计算机或虚拟机执行的目标代码（通常为低阶语言或机器语言）的翻译过程。 一．编译器的概述 1.编译器的概念 编译器是将便于人编写，阅读，维护的高级计算机语言翻译为计算机能解读、运行的低阶机器语言的程序。编译器将原始程序作为输入，翻译产生使用目标语言的等价程序。源代码一般为高阶语言如Pascal、C++、Java 等，而目标语言则是汇编语言或目标机器的目标代码，有时也称作机器代码。 2．编译器的种类 编译器可以生成用来在与编译器本身所在的计算机和操作系统（平台）相同的环境下运行的目标代码，这种编译器又叫做“本地”编译器。另外，编译器也可以生成用来在其它平台上运行的目标代码，这种编译器又叫做交叉编译器。交叉编译器在生成新的硬件平台时非常有用。“源码到源码编译器”是指用一种高阶语言作为输入，输出也是高阶语言的编译器。例如: 自动并行化编译器经常采用一种高阶语言作为输入，转换其中的代码，并用并行代码注释对它进行注释（如OpenMP）或者用语 编译原理课程设计报告 课题名称：C- Minus词法分析和语法分析设计 提交文档学生姓名：X X X 提交文档学生学号：XXXXXXXXXX 同组成员名单：X X X 指导教师姓名：X X 指导教师评阅成绩： 指导教师评阅意见： . . 提交报告时间：2015年6月10日 1.课程设计目标 实验建立C-编译器。只含有扫描程序（scanner）和语法分析（parser）部分。 2.分析与设计 C-编译器设计的整体框架，本实验实现扫描处理和语法分析程序（图中粗黑部分）。 2.1 、扫描程序scanner部分 2.1.1系统设计思想 设计思想：根据DFA图用switch-case结构实现状态转换。 惯用词法： ①语言的关键字：else if int return void while ②专用符号：+ - * / < <= > >= == != = ; , ( ) [ ] { } /* */ ③其他标记是ID和NUM，通过下列正则表达式定义： ID = letter letter* NUM = digit digit* letter = a|..|z|A|..|Z digit = 0|..|9 大写和小写字母是有区别的 ④空格由空白、换行符和制表符组成。空格通常被忽略，除了它必须分开ID、NUM 关键字。 ⑤注释用通常的C语言符号/ * . . . * /围起来。注释可以放在任何空白出现的位置(即注释不能放在标记内)上，且可以超过一行。注释不能嵌套 scanner的DFA 说明：当输入的字符使DFA到达接受状态的时候，则可以确定一个单词了。初始状态设置为START，当需要得到下一个token时，取得次token的第一个字符，并且按照DFA与对此字符的类型分析，转换状态。重复此步骤，直到DONE为止，输出token类型。当字符为“/”时，状态转换为SLAH再判断下一个字符，如果为“*”则继续转到INCOMMENT，最后以“*”时转到ENDCOMMENT状态，表明是注释，如果其他的则是字符停滞于当前字符，并且输出“/”。 2.1.2程序流程图 词法分析 三、词法分析程序的算法思想： 算法的基本任务是从字符串表示的源程序中识别出具有独立意义的单词符号，其基本思想是根据扫描到单词符号的第一个字符的种类，拼出相应的单词符号。 3.1 主程序示意图： 扫描子程序主要部分流程图 其他 词法分析程序的C语言程序源代码： // 词法分析函数: void scan() // 数据传递: 形参fp接收指向文本文件头的文件指针； // 全局变量buffer与line对应保存源文件字符及其行号，char_num保存字符总数。 void scan() { char ch; int flag,j=0,i=-1; while(!feof(fp1)) { ch=fgetc(fp1); flag=judge(ch); printf("%c",ch);//显示打开的文件 if(flag==1||flag==2||flag==3) {i++;buffer[i]=ch;line[i]=row;} else if(flag==4) {i++;buffer[i]='?';line[i]=row;} else if(flag==5) {i++;buffer[i]='~';row++;} else if(flag==7) continue; else cout<<"\n请注意，第"< 编译原理课程设计报告 实验名称编译原理课程设计 班级 学号 姓名 指导教师 实验成绩 2013 年06月 一、实验目的 通过设计、编写和调试，将正规式转换为不确定的有穷自动机，再将不确定的有穷自动机转换为与之等价的确定的有穷自动机，最后再将确定有穷自动机进行简化。 通过设计、编写和调试构造LR(0)项目集规范簇和LR分析表、对给定的符号串进行LR分析的程序，了解构造LR(0)分析表的步骤，对文法的要求，能够从文法G出发生成LR(0)分析表，并对给定的符号串进行分析。 二、实验内容 正规式——>NFA——>DFA——>MFA 1.正规式转化为不确定的有穷自动机 （1）目的与要求 通过设计、编写和调试将正规式转换为不确定的有穷自动机的程序，使学生了解Thompson算法，掌握转换过程中的相关概念和方法，NFA的表现形式可以是表格或图形。 （2）问题描述 任意给定一个正规式r（包括连接、或、闭包运算），根据Thompson算法设计一个程序，生成与该正规式等价的NFA N。 （3）算法描述 对于Σ上的每个正规式R，可以构造一个Σ上的NFA M，使得L(M)=L(R)。 步骤1：首先构造基本符号的有穷自动机。 步骤2：其次构造连接、或和闭包运算的有穷自动机。 （4）基本要求 算法实现的基本要求是： (1) 输入一个正规式r； (2) 输出与正规式r等价的NFA。（5）测试数据 输入正规式：(a|b)*(aa|bb)(a|b)* 得到与之等价的NFA N （6）输出结果 2.不确定的有穷自动机的确定化 （1）目的与要求 通过设计、编写和调试将不确定的有穷自动机转换为与之等价的确定的有穷自动机的程序，使学生了解子集法，掌握转换过程中的相关概念和方法。DFA的表现形式可以是表格或图形。（2）问题描述 任意给定一个不确定的有穷自动机N，根据算法设计一个程序，将该NFA N变换为与之等价的DFA D。 （3）算法描述 用子集法将NFA转换成接受同样语言的DFA。 步骤一：对状态图进行改造 (1) 增加状态X,Y,使之成为新的唯一的初态和终态。从X引ε弧到原初态结点, 从原终态结 点引ε弧到Y结点。 (2) 对状态图进一步进行如下形式的改变 编译原理课程设计 自顶向下语法分析器 学院（系）：计算机科学与技术学院学生姓名：xxxxxxxxx 学号：xxxxxxxxx 班级：电计1102 大连理工大学 Dalian University of Technology 目录 1 系统概论 语法分析是编译过程的核心部分。它的任务是在词法分析识别出单词符号串的基础上，分析并判定程序的语法结构是否符合语法规则。语法分析器在编译程序中的地位如图1所示： 图1 语法分析器在编译程序中的地位 语言的语法结构是用上下文无关文法描述的。因此，语法分析器的工作本质上就是按文法的产生式，识别输入符号串是否为一个句子。这里所说的输入串是指由单词符号（文法的终结符）组成的有限序列。对一个文法，当给你一串（终结）符号时，怎样知道它是不是该文法的一个句子呢？这就要判断，看是否能从文法的开始符号出发推导出这个输入串。或者，从概念上讲，就是要建立一棵与输入串相匹配的语法分析树。 自顶向下分析法就是语法分析办法中的一类。顾名思义，自顶向下就是从文法的开始符号出发，向下推导，推出句子。这种方法是带“回溯”的。 自顶向下分析的主旨是，对任何输入串，试图用一切可能的办法，从文法开始符号（根结）出发，自上而下地为输入串建立一棵语法树。或者说，为输入串寻找一个最左推导。这种分析过程本质上是一种试探过程，是反复使用不同产生式谋求匹配输入串的过程。 实现这种自顶向下的带回溯试探法的一个简单途径是让每个非终结符对应一个递归子程序。每个这种子程序可作为一个布尔过程。一旦发现它的某个候选与输入串相匹配，就用这个候选去扩展语法树，并返回“真”值；否则，保持原来的语法树和IP值不变，并返回“假”值。 2 需求分析 以前，人们对语法的分析都建立在人工的基础上，人工分析虽然能够做到侧类旁推，但终究人力有限，再精密的分析都会出现或多或少的错误。为减少因人为产生的错误，并加快 编译原理实验报告 实验名称：编写语法分析分析器实验类型： 指导教师： 专业班级： 学号： 电子邮件： 实验地点： 实验成绩： 一、实验目的 通过设计、编制、调试一个典型的语法分析程序，实现对词法分析程序所提供的单词序列进行语法检查和结构分析，进一步掌握常用的语法分析方法。 1、选择最有代表性的语法分析方法，如LL(1) 语法分析程序、算符优先分析程序和LR分析分析程序，至少选一题。 2、选择对各种常见程序语言都用的语法结构，如赋值语句（尤指表达式）作为分析对象，并且与所选语法分析方法要比较贴切。 二、实验过程 编写算符优先分析器。要求： （a）根据算符优先分析算法，编写一个分析对象的语法分析程序。读者可根据自己的能力选择以下三项(由易到难)之一作为分析算法中的输入： Ⅰ：通过构造算符优先关系表，设计编制并调试一个算法优先分析程序Ⅱ：输入FIRSTVT，LASTVT集合，由程序自动生成该文法的算符优先关系矩阵。 Ⅲ：输入已知文法，由程序自动生成该文法的算符优先关系矩阵。（b）程序具有通用性，即所编制的语法分析程序能够使用于不同文法以及各种输入单词串，并能判断该文法是否为算符文法和算符优先文法。 （c）有运行实例。对于输入的一个文法和一个单词串，所编制的语法分析程序应能正确地判断，此单词串是否为该文法的句子，并要求输出分析过程。 三、实验结果 算符优先分析器： 测试数据：E->E+T|T T->T*F|F F->(E)|i 实验结果：(输入串为i+i*i+i) 四、讨论与分析 自下而上分析技术－算符优先分析法： 算符文法：一个上下无关文法G，如果没有且没有P→..QR...(P ,Q ,R属于非终结符)，则G是一个算符文法。 FIRSTVT集构造 1、若有产生式P →a...或P →Qa...，则a∈FIRSTVT(P)。 2、若有产生式P→...，则FIRSTVT(R)包含在FIRSTVT(P)中。由优先性低于的定义和firstVT集合的定义可以得出：若存在某个产生式：…P…，则对所有：b∈firstVT(P)都有：a≦b。 构造优先关系表： 1、如果每个非终结符的FIRSTVT和LASTVT集均已知,则可构造优先关系表。 2、若产生式右部有...aP...的形式，则对于每个b∈FIRSTVT(P)都有 学号20102７９8 专业软件工程姓名薛建东 实验日期２013.04.０8 教师签字成绩实验报告 【实验名称】ＬL（1）语法分析 【实验目的】 通过完成预测分析法的语法分析程序,了解预测分析法和递归子程序法的区别和联系。使了解语法分析的功能，掌握语法分析程序设计的原理和构造方法,训练掌握开发应用程序的基本方法。 【实验内容】 ◆根据某一文法编制调试LL ( 1)分析程序，以便对任意输入的符号串进行分析。 ◆构造预测分析表,并利用分析表和一个栈来实现对上述程序设计语言的分析程序。 ◆分析法的功能是利用LＬ（１)控制程序根据显示栈栈顶内容、向前看符号以及LL(1) 分析表,对输入符号串自上而下的分析过程。 【设计思想】 （1）、LL(１)文法的定义 ＬL(1)分析法属于确定的自顶向下分析方法。LＬ（１)的含义是：第一个Ｌ表明自顶向下分析是从左向右扫描输入串，第2个L表明分析过程中将使用最左推导，1表明只需向右看一个符号便可决定如何推导，即选择哪个产生式（规则)进行推导。 LL(1)文法的判别需要依次计算FIRＳT集、FOLＬＯW集和SELLＥＣT集,然后判断是否为LL（1)文法，最后再进行句子分析。 需要预测分析器对所给句型进行识别。即在LＬ(１)分析法中,每当在符号栈的栈顶出现非终极符时，要预测用哪个产生式的右部去替换该非终极符;当出现终结符时，判断其与剩余输入串的第一个字符是否匹配,如果匹配，则继续分析,否则报错。ＬＬ（1）分析方法要求文法满足如下条件：对于任一非终极符A的两个不同产生式Ａ→α，A→β,都要满足下面条件:ＳELEＣＴ(Ａ→α)∩SELＥCT（Ａ→β)＝? (2）、预测分析表构造 LL（1)分析表的作用是对当前非终极符和输入符号确定应该选择用哪个产生式进行推 2011-2012学年第二学期 《编译原理》课程设计报告 学院：计算机科学与工程学院 班级： 学生姓名：学号： 成绩： 指导教师： 时间：2012年5 月 目录 一、课程设计的目的 ---------------------------------------------------------------- - 1 - 二、课堂实验及课程设计的内容 -------------------------------------------------- - 1 - 2.1、课堂实验内容-------------------------------------------------------------- - 1 - 2.2、课程设计内容-------------------------------------------------------------- - 1 - 三、visual studio 2008 简介------------------------------------------------------- - 2 - 四、问题分析及相关原理介绍 ----------------------------------------------------- - 3 - 4.1、实验部分问题分析及相关原理介绍 ---------------------------------- - 3 - 4.1.1、词法分析功能介绍及分析------------------------------------- - 3 - 4.1.2、语法分析功能介绍及分析------------------------------------- - 3 - 4.1.3、语义分析功能介绍及分析------------------------------------- - 4 - 4.2、课程设计部分问题分析及相关原理介绍 ---------------------------- - 5 - 4.2.1、编译程序介绍 ----------------------------------------------------- - 5 - 4.2.2、对所写编译程序的源语言的描述（C语言） -------------- - 6 - 4.2.3、各部分的功能介绍及分析 -------------------------------------- - 7 - 4.3、关键算法：单词的识别-------------------------------------------------- - 8 - 4.3.1、算法思想介绍 ----------------------------------------------------- - 8 - 4.3.2、算法功能及分析 -------------------------------------------------- - 8 - 五、设计思路及关键问题的解决方法 ------------------------------------------ - 10 - 5.1、编译系统------------------------------------------------------------------ - 10 - 5.1.1、设计思路 --------------------------------------------------------- - 10 - 5.2、词法分析器总控算法--------------------------------------------------- - 12 - 5.2.1、设计思路 --------------------------------------------------------- - 12 - 5.2.2、关键问题及其解决方法 --------------------------------------- - 13 - 六、结果及测试分析-------------------------------------------------------------- - 14 - 6.1、软件运行环境及限制--------------------------------------------------- - 14 - 6.2、测试数据说明------------------------------------------------------------ - 14 - 6.3、运行结果及功能说明--------------------------------------------------- - 16 - 6.4、测试及分析说明--------------------------------------------------------- - 16 - 七、总结及心得体会 --------------------------------------------------------------- - 17 - 7.1、设计过程------------------------------------------------------------------ - 17 - 7.2、困难与收获 ------------------------------------------------------------- - 17 - 八、参考文献 ------------------------------------------------------------------------ - 18 - 编译原理： 编译原理是计算机专业的一门重要专业课，旨在介绍编译程序构造的一般原理和基本方法。内容包括语言和文法、词法分析、语法分析、语法制导翻译、中间代码生成、存储管理、代码优化和目标代码生成。编译原理是计算机专业设置的一门重要的专业课程。编译原理课程是计算机相关专业学生的必修课程和高等学校培养计算机专业人才的基础及核心课程，同时也是计算机专业课程中最难及最挑战学习能力的课程之一。编译原理课程内容主要是原理性质，高度抽象。 编译原理课程设计： 《编译原理课程设计》是2007年11月浙江大学出版社出版的图书，作者是冯雁、鲁东明、李莹。 内容简介： 本书围绕着编译技术的基本原理和方法，以模拟程序设计语言SPL的编译器的设计和实现为主线，结合词法分析、语法分析、语义分析、代码生成、代码优化、错误处理等各个基本模块，对原理和实现方法进行了详细分析。该编译器可接受SPL的程序，并将其翻译成汇编语言程序，最终实现汇编语言到8086/8088机器语言的翻译。本书为编译技术等相关课程的实验提供了参考。在附件中还提供了三类不同类型和难度的实验题，可供课程实验选择。 第1章引论： 1.1本书介绍 1.2SPL语言的特点及实验安排 1.2.1SPL语言的特点 1.2.2SPL语言编译器的主要结构1.2.3实验安排 1.3平台的选择和介绍 1.3.1LEX简介 1.3.2YACC简介 第2章词法分析： 2.1词法分析器的基本框架 2.2词法分析器的基本原理 2.2.1DFA的构造和实现 2.2.2词法分析的预处理 2.2.3实现词法分析器的注意要点2.3词法分析器的实现 2.3.1SPL语言单词属性字 2.3.2SPL词法分析器的输入和输出2.3.3SPL词法分析器的分析识别第3章语法分析： 3.1语法分析的基本框架 3.1.1上下文无关文法 3.1.2语法分析过程 3.1.3语法分析过程中的数据结构3.2语法分析的基本方法 学号 20102798 专业软件工程姓名薛建东 实验日期2013.04.08 教师签字成绩 实验报告 【实验名称】LL（1）语法分析 【实验目的】 通过完成预测分析法的语法分析程序，了解预测分析法和递归子程序法的区别和联系。使了解语法分析的功能，掌握语法分析程序设计的原理和构造方法，训练掌握开发应用程序的基本方法。 【实验内容】 ◆根据某一文法编制调试LL （1 ）分析程序，以便对任意输入的符号串进行分析。 ◆构造预测分析表，并利用分析表和一个栈来实现对上述程序设计语言的分析程序。 ◆分析法的功能是利用LL（1）控制程序根据显示栈栈顶内容、向前看符号以及LL （1）分析表，对输入符号串自上而下的分析过程。 【设计思想】 （1）、LL（1）文法的定义 LL(1)分析法属于确定的自顶向下分析方法。LL(1)的含义是：第一个L表明自顶向下分析是从左向右扫描输入串，第2个L表明分析过程中将使用最左推导，1表明只需向右看一个符号便可决定如何推导，即选择哪个产生式(规则)进行推导。 LL(1)文法的判别需要依次计算FIRST集、FOLLOW集和SELLECT集,然后判断是否为LL(1)文法,最后再进行句子分析。 需要预测分析器对所给句型进行识别。即在LL(1)分析法中，每当在符号栈的栈顶出现非终极符时，要预测用哪个产生式的右部去替换该非终极符；当出现终结符时，判断其与剩余输入串的第一个字符是否匹配，如果匹配，则继续分析，否则报错。LL(1)分析方法要求文法满足如下条件：对于任一非终极符A的两个不同产生式A→α,A→β，都要满足下面条件：SELECT(A→α)∩SELECT(A→β)=? （2）、预测分析表构造 LL(1)分析表的作用是对当前非终极符和输入符号确定应该选择用哪个产生式进行推导。它的行对应文法的非终极符，列对应终极符，表中的值有两种：一是产生式的右部的字符串，一是null。若用M表示LL(1)分析表，则M可表示如下： 先简要分析一下语法分析的大致流程： 当有句子要进行处理时，首先要对其进行词法分析来分解出该句子中的每个符号，然后将该句子按照算符优先算法压入归约栈中，如果可以顺利归约，则说明这是一个合法的句子，否则该句子非法。 这里有一个需要考虑的地方，就是如何进行归约。由于文法已经给定，所以我们考虑设计一个文法表，文法表中的内容就是可归约串的种别码的顺序，比如v=E可以表示为9,1,13。这样的话当我们要进行一次归约时，只用按顺序存储最左素短语中符号的种别码，然后拿这个种别码序列与文法表进行匹配，就可知道当前归约需要执行哪些操作。 还有一点需要注意，就是如何对一个表达式进行求值。这里需要我们设计一个二元组的变量名表，这个变量名表可以根据变量的名称来返回变量的数据。变量名表的具体设计见详细设计部分。 由于是简化分析，所以这个程序只考虑整数的处理。 有了上面的分析，可以构造出算符优先分析算法的流程图，如下图所示。 详细设计 （1）词法分析部分 由于词法分析的内容在课程设计1中已经介绍，并且这次的状态转换图与课程设计1中的非常相似，所以这里就不过多介绍。（2）优先关系表 在程序中我们用一个二维数组priTable[][]来存储算符间的优先关系。priTable[a][b]=1表示a>b; 。priTable[a][b]=0表示a=b; 。priTable[a][b]=-1表示a编译原理课程设计报告_LL(1)分析过程模拟
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