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编译原理实验报告一、实验目的本次编译原理实验的主要目的是通过实践加深对编译原理中词法分析、语法分析、语义分析和代码生成等关键环节的理解，并提高实际动手能力和问题解决能力。
二、实验环境本次实验使用的编程语言为 C/C+＋，开发工具为 Visual Studio 2019，操作系统为 Windows 10。
三、实验内容（一）词法分析器的设计与实现词法分析是编译过程的第一个阶段，其任务是从输入的源程序中识别出一个个具有独立意义的单词符号。
在本次实验中，我们使用有限自动机的理论来设计词法分析器。
首先，我们定义了单词的种类，包括关键字、标识符、常量、运算符和分隔符等。
然后，根据这些定义，构建了相应的状态转换图，并将其转换为程序代码。
在实现过程中，我们使用了字符扫描和状态转移的方法，逐步读取输入的字符，判断其所属的单词类型，并将其输出。
（二）语法分析器的设计与实现语法分析是编译过程的核心环节之一，其任务是在词法分析的基础上，根据给定的语法规则，判断输入的单词序列是否构成一个合法的句子。
在本次实验中，我们采用了自顶向下的递归下降分析法来实现语法分析器。
首先，我们根据给定的语法规则，编写了相应的递归函数。
每个函数对应一种语法结构，通过对输入单词的判断和递归调用，来确定语法的正确性。
在实现过程中，我们遇到了一些语法歧义的问题，通过仔细分析语法规则和调整函数的实现逻辑，最终解决了这些问题。
（三）语义分析与中间代码生成语义分析的任务是对语法分析所产生的语法树进行语义检查，并生成中间代码。
在本次实验中，我们使用了四元式作为中间代码的表示形式。
在语义分析过程中，我们检查了变量的定义和使用是否合法，类型是否匹配等问题。
同时，根据语法树的结构，生成相应的四元式中间代码。
（四）代码优化代码优化的目的是提高生成代码的质量和效率。
在本次实验中，我们实现了一些基本的代码优化算法，如常量折叠、公共子表达式消除等。
通过对中间代码进行分析和转换，减少了代码的冗余和计算量，提高了代码的执行效率。
Lw.《编译原理》课后习题答案第一章第1章引论第1题解释下列术语：（1）编译程序（2）源程序（3）目标程序（4）编译程序的前端（5）后端（6）遍答案：（1）编译程序：如果源语言为高级语言，目标语言为某台计算机上的汇编语言或机器语言，则此翻译程序称为编译程序。
（2）源程序：源语言编写的程序称为源程序。
（3）目标程序：目标语言书写的程序称为目标程序。
（4）编译程序的前端：它由这样一些阶段组成：这些阶段的工作主要依赖于源语言而与目标机无关。
通常前端包括词法分析、语法分析、语义分析和中间代码生成这些阶段，某些优化工作也可在前端做，也包括与前端每个阶段相关的出错处理工作和符号表管理等工作。
（5）后端：指那些依赖于目标机而一般不依赖源语言，只与中间代码有关的那些阶段，即目标代码生成，以及相关出错处理和符号表操作。
（6）遍：是对源程序或其等价的中间语言程序从头到尾扫视并完成规定任务的过程。
第2题一个典型的编译程序通常由哪些部分组成？各部分的主要功能是什么？并画出编译程序的总体结构图。
答案：一个典型的编译程序通常包含8个组成部分，它们是词法分析程序、语法分析程序、语义分析程序、中间代码生成程序、中间代码优化程序、目标代码生成程序、表格管理程序和错误处理程序。
其各部分的主要功能简述如下。
词法分析程序：输人源程序，拼单词、检查单词和分析单词，输出单词的机内表达形式。
语法分析程序：检查源程序中存在的形式语法错误，输出错误处理信息。
语义分析程序：进行语义检查和分析语义信息，并把分析的结果保存到各类语义信息表中。
中间代码生成程序：按照语义规则，将语法分析程序分析出的语法单位转换成一定形式的中间语言代码，如三元式或四元式。
中间代码优化程序：为了产生高质量的目标代码，对中间代码进行等价变换处理。
盛威网（）专业的计算机学习网站1《编译原理》课后习题答案第一章目标代码生成程序：将优化后的中间代码程序转换成目标代码程序。
表格管理程序：负责建立、填写和查找等一系列表格工作。
编译原理第三版课后习题答案编译原理是计算机科学中的一门重要课程，它研究的是如何将高级程序语言转换为机器语言的过程。
而《编译原理》第三版是目前被广泛采用的教材之一。
在学习过程中，课后习题是巩固知识、提高能力的重要环节。
本文将为读者提供《编译原理》第三版课后习题的答案，希望能够帮助读者更好地理解和掌握这门课程。
第一章：引论习题1.1：编译器和解释器有什么区别？答案：编译器将整个源程序转换为目标代码，然后一次性执行目标代码；而解释器则逐行解释源程序，并即时执行。
习题1.2：编译器的主要任务是什么？答案：编译器的主要任务是将高级程序语言转换为目标代码，包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、代码优化和目标代码生成等过程。
第二章：词法分析习题2.1：什么是词法分析？答案：词法分析是将源程序中的字符序列划分为有意义的词素（token）序列的过程。
习题2.2：请给出识别下列词素的正则表达式：（1）整数：[0-9]+（2）浮点数：[0-9]+\.[0-9]+（3）标识符：[a-zA-Z_][a-zA-Z_0-9]*第三章：语法分析习题3.1：什么是语法分析？答案：语法分析是将词法分析得到的词素序列转换为语法树的过程。
习题3.2：请给出下列文法的FIRST集和FOLLOW集：S -> aAbA -> cA | ε答案：FIRST(S) = {a}FIRST(A) = {c, ε}FOLLOW(S) = {$}FOLLOW(A) = {b}第四章：语义分析习题4.1：什么是语义分析？答案：语义分析是对源程序进行静态和动态语义检查的过程。
习题4.2：请给出下列文法的语义动作：S -> if E then S1 else S2答案：1. 计算E的值2. 如果E的值为真，则执行S1；否则执行S2。
第五章：中间代码生成习题5.1：什么是中间代码？答案：中间代码是一种介于源代码和目标代码之间的表示形式，它将源代码转换为一种更容易进行优化和转换的形式。
编译原理中间代码生成在编译原理中，中间代码生成是编译器的重要阶段之一、在这个阶段，编译器将源代码转换成一种中间表示形式，这种中间表示形式通常比源代码抽象得多，同时又比目标代码具体得多。
中间代码既能够方便地进行优化，又能够方便地转换成目标代码。
为什么需要中间代码呢？其一，中间代码可以方便地进行编译器优化。
编译器优化是编译器的一个核心功能，它能够对中间代码进行优化，以产生更高效的目标代码。
在中间代码生成阶段，编译器可以根据源代码特性进行一些优化，例如常量折叠、公共子表达式消除、循环不变式移动等。
其二，中间代码可以方便地进行目标代码生成。
中间代码通常比较高级，比目标代码更具有表达力。
通过中间代码，编译器可以将源代码转换成与目标机器无关的形式，然后再根据目标机器的特性进行进一步的优化和转换，最终生成目标代码。
中间代码生成的过程通常可以分为以下几步：1.词法分析和语法分析：首先需要将源代码转换成抽象语法树。
这个过程涉及到词法分析和语法分析两个步骤。
词法分析将源代码划分成一个个的词法单元，例如标识符、关键字、运算符等等。
语法分析将词法单元组成树状结构，形成抽象语法树。
2.语义分析：在语义分析阶段，编译器会对抽象语法树进行静态语义检查，以确保源代码符合语言的语义规定。
同时，还会进行类型检查和类型推导等操作。
3.中间代码生成：在中间代码生成阶段，编译器会将抽象语法树转换成一种中间表示形式，例如三地址码、四元式、特定的中间代码形式等。
这种中间表示形式通常比较高级，能够方便进行编译器的优化和转换。
4.中间代码优化：中间代码生成的结果通常不是最优的，因为生成中间代码时考虑的主要是功能的正确性，并没有考虑性能的问题。
在中间代码生成之后，编译器会对中间代码进行各种优化，以产生更高效的代码。
例如常量折叠、循环优化、死代码删除等等。
5.中间代码转换：在完成了中间代码的优化之后，编译器还可以对中间代码进行进一步的转换。
这个转换的目的是将中间代码转换成更具体、更低级的形式，例如目标机器的汇编代码。
实验四中间代码生成一．实验目的：掌握中间代码的四种形式（逆波兰式、语法树、三元式、四元式）。
二．实验内容：1、逆波兰式定义:将运算对象写在前面，而把运算符号写在后面。
用这种表示法表示的表达式也称做后缀式。
2、抽象（语法）树：运算对象作为叶子结点，运算符作为内部结点。
3、三元式：形式序号：（op,arg1,arg2）4、四元式：形式（op,arg1,arg2,result）三、以逆波兰式为例的实验设计思想及算法(1)首先构造一个运算符栈，此运算符在栈内遵循越往栈顶优先级越高的原则。
(2)读入一个用中缀表示的简单算术表达式，为方便起见,设该简单算术表达式的右端多加上了优先级最低的特殊符号“#”。
(3)从左至右扫描该算术表达式，从第一个字符开始判断，如果该字符是数字，则分析到该数字串的结束并将该数字串直接输出。
(4)如果不是数字，该字符则是运算符，此时需比较优先关系。
做法如下：将该字符与运算符栈顶的运算符的优先关系相比较。
如果，该字符优先关系高于此运算符栈顶的运算符，则将该运算符入栈。
倘若不是的话，则将此运算符栈顶的运算符从栈中弹出，将该字符入栈。
(5)重复上述操作(1)-(2)直至扫描完整个简单算术表达式，确定所有字符都得到正确处理，我们便可以将中缀式表示的简单算术表达式转化为逆波兰表示的简单算术表达式。
四、程序代码：//这是一个由中缀式生成后缀式的程序#include<iostream.h>#include<string.h>#include<math.h>#include<ctype.h>#define maxbuffer 64void main(){char display_out(char out_ch[maxbuffer], char ch[32]);//int caculate_array(char out_ch[32]);static int i=0;static int j=0;char ch[maxbuffer],s[maxbuffer],out[maxbuffer];cout<<"请输入中缀表达式: ";cin>>ch;for(i=0;i<maxbuffer;i++){out[i]=ch[i];}cout<<"请确认您输入的表达式："; while(out[j]!='#'){cout<<out[j];j++;}cout<<'#'<<endl;display_out(s,out);//caculate_array;}char display_out(char out_ch[32],char ch[]) {int top=-1;int i=0,data[maxbuffer],n;int j=0;char sta[20];while(ch[i]!='#'){if(isalnum(ch[i])){while(isalnum(ch[i])){out_ch[j]=ch[i];j++;i++;}out_ch[j]=' ';j++;}else{switch(ch[i]){case '+':case '-': if(sta[top]=='('||top==-1){top++;sta[top]=ch[i];i++;}else{//j--;out_ch[j]=sta[top];j++;top--;//i++;}break;//break;case '*':case '/':if(sta[top]=='*'&&sta[top]=='/'){out_ch[j]=sta[top];j++;//i++;top--;}else{top++;sta[top]=ch[i];i++;}break ;//break;case '(':top++;sta[top]=ch[i];i++;break;case ')':if(sta[top]=='('){top--;i++;}if(top==-1){//cout<<"错误: 第"<<j<<"个位置的")"没有找到与之匹配的"(""; ch[i]='#';j=0;}else{//while(sta[top]!=‘(‘){out_ch[j]=sta[top];top--;j++;//}break;}break;/*case ‘#‘: out_ch[j]=‘#‘;j++;break;*/default:cout<<" your input is error"<<endl; ch[i]='#';j=0;break;}}}while(top!=-1){out_ch[j]=sta[top];j++;top--;}out_ch[j]='#';n=0;cout<<"逆波兰表达式为: ";while(out_ch[n]!='#'){cout<<out_ch[n];n++;}cout<<endl;j=0;return out_ch[maxbuffer];}五、实验结果：要求：自己给出3个测试用例，观察结果。
编译原理第一章：1．编译程序是现代计算机系统的基本组成部分之一2．一个计算机系统中通常配置多个高级语言的编译程序3．在一个计算机系统中可为某些高级语言配置多个不同性能的编译程序4．编译程序是一种语言翻译程序，其功能是把一种语言编写的程序翻译成另一种语言的等价程序5．被编译的程序称为源程序，编译后的等价程序称为目标程序6．编译程序的任务就是将源语言程序翻译成等价的目标语言程序7．通常将编译过程分为六个阶段：词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、代码优化和目标代码生成。
8．词法分析的主要任务是从左至右扫描字符序列，并按照此法规则识别出一个个的单词9．单词是指逻辑上紧密相连的一组字符，这些字符具有集体含义。
10．计算机语言中，单词的种类通常有保留字、标识符、数、算符、界符等11．语法分析的主要任务是：按照语言的语法规则，把词法分析所得的单词序列分解成各类语法成分。
12．词法分析和语法分析都是对源程序进行结构分析，但二者是有区别的。
13．语义分析的主要功能是审查源程序有无语义错误，伪代码生成阶段收集类型信息。
14．中间代码生成阶段的主要任务是，把源程序转换成一种中间代码15．中间代码是一种结构简单、含义明确的记号系统16．中间代码可以设计成多种形式，其设计原则有两点：一是容易生成，二是容易转换成目标代码17．代码优化的主要任务是对中间代码进行改造，使生成的目标代码更为高效18．目标代码生成阶段的任务是把中间代码转换成特定机器上的绝对指令代码或者可重定位的指令代码或者汇编指令代码19．在编译过程的每个阶段中都含有出错处理和表格管理的工作20．编译程序的结构可以按功能分为八个模块，即词法分析程序、语法分析程序、语义分析程序、中间代码生成程序、代码优化程序和目标代码生成程序，此外还有与上述每个阶段都有关系的出错处理程序和表格管理程序。
21．按照编译程序的工作主要是与源语言有关还是与目标机有关，编译过程也可前端和后端22．前端的工作主要依赖于源语言而与目标机无关，包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成以及每个阶段中的出错处理和表格管理工作，还包括代码优化阶段的部分工作23．后端的工作主要与目标机有关而与源语言无关，主要是代码生成及相关的出错处理和表格管理工作24．编译过程中，对源程序或者中间语言程序从头至尾扫描一次并完成相应工作的过程称为“一遍”或者“一趟”25．解释程序是另一种语言处理程序，其工作特点是边分析边执行，不生成目标代码。
第四章语义分析和中间代码生成4.1 完成下列选择题：(1) 四元式之间的联系是通过实现的。
a. 指示器b. 临时变量c. 符号表d. 程序变量(2) 间接三元式表示法的优点为。
a. 采用间接码表，便于优化处理b. 节省存储空间，不便于表的修改c. 便于优化处理，节省存储空间d. 节省存储空间，不便于优化处理(3) 表达式(┐A∨B)∧(C∨D)的逆波兰表示为。
a. ┐AB∨∧CD∨b. A┐B∨CD∨∧c. AB∨┐CD∨∧d. A┐B∨∧CD∨(4) 有一语法制导翻译如下所示：S→bAb {print″1″}A→(B {print″2″}A→a {print″3″}B→Aa) {print″4″}若输入序列为b(((aa)a)a)b，且采用自下而上的分析方法，则输出序列为。
a. 32224441 b. 34242421c. 12424243d. 34442212【解答】(1) b (2) a (3) b (4) b4.2 何谓“语法制导翻译”？试给出用语法制导翻译生成中间代码的要点，并用一简例予以说明。
【解答】语法制导翻译(SDTS)直观上说就是为每个产生式配上一个翻译子程序(称语义动作或语义子程序)，并且在语法分析的同时执行这些子程序。
也即在语法分析过程中，当一个产生式获得匹配(对于自上而下分析)或用于归约(对于自下而上分析)时，此产生式相应的语义子程序进入工作，完成既定的翻译任务。
用语法制导翻译(SDTS)生成中间代码的要点如下：(1) 按语法成分的实际处理顺序生成，即按语义要求生成中间代码。
(2) 注意地址返填问题。
(3) 不要遗漏必要的处理，如无条件跳转等。
例如下面的程序段：if (i>0) a=i+e-b*d; else a=0;在生成中间代码时，条件“i>0”为假的转移地址无法确定，而要等到处理“else”时方可确定，这时就存在一个地址返填问题。
此外，按语义要求，当处理完(i>0)后的语句(即“i>0”为真时执行的语句)时，则应转出当前的if语句，也即此时应加入一条无条件跳转指令，并且这个转移地址也需要待处理完else之后的语句后方可获得，就是说同样存在着地址返填问题。
