编译技术课程设计报告书

课程设计报告( 2013 – 2014 年度第1学期)名称：编译技术课程设计A 题目：L语言编译器的设计与实现院系：计算机系班级：软件1101学号：学生姓名：指导教师：鲁斌王新颖设计周数： 2 周成绩：日期：2013 年12 月27 日《编译技术》课程设计任务书一、目的与要求1．任务：实现一个简单的编译程序，能够对指定程序设计语言进行编译。

2．目的：加深对课堂讲授知识的理解，熟练掌握编译程序设计原理及常用的技术，建立编译程序的整体概念，使得学生初步具有研究、设计、编制和调试编译程序的能力。

3．要求：熟悉有关定义、概念和实现算法，设计出程序流程框图和数据结构，编写出完整的源程序，进行静态检查，设计出输入数据、显示输出数据；基本功能完善，方便易用，操作无误；通过课程设计学会编译程序设计与实现的常用技术，具备初步分析、设计和开发编译程序的能力，具备分析与检查软件错误、解决和处理实验结果的能力。

4．学生要求人数：2人，1人负责扫描器和目标代码生成器的设计和实现，另1人负责语法分析器和语法制导翻译程序的设计和实现。

二、主要内容下面是课程设计主要内容的简介，详细内容请见《编译技术课程设计指导书》。

1．扫描器设计该扫描器是一个子程序，其输入是源程序字符串，每调用一次输出一个单词符号。

为了避免超前搜索，提高运行效率，简化扫描器的设计，假设程序设计语言中，基本字不能用作一般标识符，如果基本字、标识符和常数之间没有确定的运算符或界符作间隔，则用空白作间隔。

2．语法分析器设计以算法优先分析方法为例，设计一个算符优先语法分析程序。

算符优先分析属于自下而上的分析方法，该语法分析程序的输入是终结符号串（即单词符号串，以一个“#”结尾），如果输入串是句子则输出“YES”，否则输出“NO”和错误信息。

当然，也可采用预测分析等方法设计语法分析器，具体方法自定。

3．语法制导翻译程序设计采用语法制导翻译方法，实现算术表达式、赋值语句和基本控制语句等的翻译。

本语法制导翻译程序的输入是终结符号串（即单词符号串，以一个“#”结尾），如果输入符号串是句子,则按照其语义进行翻译,输出等价的四元式序列。

4．目标代码生成器设计将程序设计语言的中间代码程序翻译为目标代码程序，其输入是四元式序列，输出是一个汇编代码文件。

四、设计成果要求1．完成规定的课程设计任务，所设计软件功能符合要求；2．完成课程设计报告，要求格式规范，内容具体而翔实，应体现自身所做的工作，注重对设计思路的归纳和对问题解决过程的总结。

五、考核方式1．平时成绩＋验收答辩＋实验报告；2．五级分制。

学生姓名：指导教师：鲁斌王新颖2013 年12月16 日本组组员：由我负责语法和语义分析。

一、课程设计的目的与要求1.1 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。

1.2 任务在词法分析程序产生的token文件、符号表文件基础上，完成语法和语义分析，产生相应的中间代码——四元式序列。

在此，可把语法/语义分析作为独立的一遍进行处理。

图1-1采用如下四元式：表1-1二、课程设计正文2.1语法结构如下：L语言定义程序定义：〈程序〉→ program〈标识符〉〈程序体〉.〈程序体〉→〈变量说明〉〈复合句〉变量定义：〈变量说明〉→ var〈变量定义〉|ε〈变量定义〉→〈标识符表〉：〈类型〉；｜〈标识符表〉：〈类型〉；〈变量定义〉〈标识符表〉→〈标识符〉，〈标识符表〉｜〈标识符〉语句定义：〈复合句〉→ begin〈语句表〉end〈语句表〉→〈执行句〉；〈语句表〉｜〈执行句〉〈执行句〉→〈简单句〉｜〈结构句〉〈简单句〉→〈赋值句〉〈赋值句〉→〈变量〉：＝〈表达式〉〈变量〉→〈标识符〉〈结构句〉→〈复合句〉｜〈if句〉｜〈WHILE句〉〈if句〉→ if〈布尔表达式〉then〈执行句〉| if〈布尔表达式〉then〈执行句〉else〈执行句〉〈while句〉→ while〈布尔表达式〉do〈执行句〉表达式定义：〈表达式〉→〈算术表达式〉｜〈布尔表达式〉〈算术表达式〉→〈算术表达式〉＋〈项〉｜〈算术表达式〉－〈项〉｜〈项〉〈项〉→〈项〉＊〈因子〉｜〈项〉／〈因子〉｜〈因子〉〈因子〉→〈算术量〉｜（〈算术表达式〉）〈算术量〉→〈标识符〉｜〈整数〉｜〈实数〉〈布尔表达式〉→〈布尔表达式〉or〈布尔项〉｜〈布尔项〉〈布尔项〉→〈布尔项〉and〈布尔因子〉｜〈布尔因子〉〈布尔因子〉→ not〈布尔因子〉｜〈布尔量〉〈布尔量〉→〈布尔常数〉｜〈标识符〉｜（〈布尔表达式〉）｜〈关系表达式〉〈关系表达式〉→〈标识符〉〈关系运算符〉〈标识符〉〈关系运算符〉→〈|〈＝| ＝| 〉＝| 〉|〈〉类型定义：〈类型名〉→ integer｜bool | real单词定义：〈标识符〉→〈字母〉｜〈标识符〉〈字母〉｜〈标识符〉〈数字〉〈整数〉→〈数字〉｜〈整数〉〈数字〉〈实数〉→〈整数〉.｜〈实数〉〈数字〉〈布尔常数〉→ true｜false字符定义：〈字母〉→A│B│C│D│E│F│G│H│I│J│K│L│M│N│O│P│Q│R│S│T│U│V│W│X│Y│Z│a│b│c│d│e│f│g│h│i│j│k│l│m│n│o│p│q│r│s│t│u│v│w│x│y│z〈数字〉→0│1│2│3│4│5│6│7│8│9源程序书写格式规定(1)单词必须在一行内写完，即：一个单词不能分两行写；(2)源程序语句的书写采用自由格式，即：一行可写多个语句，一个语句也可分多行写；(3)源程序不含注释；(4)语句以“；”结束，“end”前的一个语句的“；”不可以省略。

2.2 数据结构（1）输入token文件、符号表文件，其数据结构与词法分析产生的文件相同。

（2）输出●四元式序列文件，其纪录结构如下：public class FourPart{public string Op{get; set;}public string StrLeft{get; set;}public string StrRight{get; set;}public string JumpNum{get; set;}public bool Input{get; set;}}●符号表文件的结构与输入相同，语法分析中对于符号表不做操作。

2.3程序结构说明为方便编程，将语言文法整理如下：L→S | S ; LS→id := ES→if B then SS→if B then S else SS→while B do SS→begin L end变量说明语句的文法：S→var D|εD→L : K ; | L : K ; DL→i , L | iK→integer | bool | real其中，B表示布尔表达式，E表示算术表达式可采用递归下降分析法或其它方法进行语法分析。

语法/语义分析程序可划分为三个模块，结构如下：图2-1parser为主程序模块，Declear为说明语句分析模块，L_begin为复合语句分析模块。

其中L_begin结构图如下：图2-22.4 经常使用的过程和函数：(1)语法分析器主要算法思想：采用递归下降的方法，根据L语言的定义，依次排除错误情况，最后得出正确的分析结果。

关键在于函数嵌套时层次清晰正确。

●void parser()：主要函数，通过if语句判断程序体的结构是否正确。

有关键字program和方法名的错误提醒。

●void ProBody()：程序体函数，通过if语句的判断确定程序体是变量说明或复合句。

若错误则有缺少var或缺少begin的提示。

●void VarDef()：变量定义函数，确保变量说明的正确结构。

●void ComSent()：复合句函数，确保复合句大致结构的正确性。

如果错误将有缺少end的提醒。

●void Expression()：表达式，对算术表达式和布尔表达式进行判断。

分别转入相应的子函数。

主要函数：图2-3（2）语义分析器主要算法思想：在语法分析的基础上插入相应的语义动作：将输入串翻译成四元式序列。

需要进行四元式翻译的只有赋值语句、表达式和if语句、while语句等控制语句。

因此在进行语法分析的过程中只对需要翻译成四元式的输入串进行操作。

建立一个关于四元式的结构体和一个临时变量NewTemp。

●Emit(string op,string srtLeft,string strRight,string jumpNum)：生成四元式●NewTemp()：产生一个临时变量，返回其在符号表中的入口地址●BackPatch(int addr, int addr2)：回填函数，完成四元式转移目标的回填●其他函数与语法分析类似。

三、课程设计总结或结论本次实验比较有难度，刚开始没有思路感觉无从下手，也不太明确最终的结果是什么样子。

虽然安排两周的时间，但是总体看来时间还是有些紧张。

在第一天看了很多资料和指导书之后，我和队友对任务有了一个大概的了解和掌握。

分工后我负责语法和语义的分析。

在语法分析时最后采用递归下降的方法根据L语言的定义对输入的字符串进行排错。

如果最后没有错误出现则说明是正确的。

因为程序分为了好多函数嵌套，所以在进行编程之前先对彼此之间的逻辑关系进行了梳理。

这节省了不少调试的时间。

当然之间也出现过不少的错误，很大程度上考验了我的耐心。

在语义分析器的处理上虽然思路清楚，但是也遇到了问题，即如何回填的问题。

最后在同学的帮助下终于得到解决。

此次实验出现的许多问题一方面让我感受到实际与理论之间的差距，另一方面让我再次巩固了编程的基础知识，也学到了许多书本上学不到的东西。

我认为这其间最重要的是锻炼了我自己解决实际问题的能力和自学能力。

通过对问题的处理也加强了我更上一层楼的决心。

最后，感谢老师的指导！四、参考文献【1】陈火旺, 刘春林等. 程序设计语言编译原理. 国防工业出版社，第三版. 2006.3 【2】宋雨,程晓荣,黄志强.计算机综合实验实践指导.清华大学出版社.2004.2【3】黄贤英、王柯柯，编译原理及实践教程。

北京：清华大学出版社【4】马知行、曹启君，编译方法。

机械工业出版社附录（设计流程图、程序、表格、数据等）设计流程图：程序：语法分析：using System;using System.Collections.Generic; using System.Linq;using System.Text;namespace 编译{public class Grammar{List<token> tokens;List<symble> symbles;public string error = "";int i = 0;public Grammar(Morphology m){tokens = m.tokens;symbles = m.symbles;parser();}private void Next(){if (i < tokens.Count - 1){i++;}}private void Before(){if (i > 0){i--;}}#region 主要函数private void parser(){if (tokens[i].Code == 12)//含有program {Next();if (tokens[i].Code == 18)//是标识符用于方法名 {//执行程序体Next();ProBody(); }else{error = "该程序program缺少方法名";}}else{error = "该程序缺少关键字：program";}}#endregion#region 程序体private void ProBody(){if (tokens[i].Code == 16)//判断var{Next();VarDef();}else if (tokens[i].Code == 2)//判断begin{Next();ComSent();//复合句}else{error = "程序体缺少var或begin";}}#endregion#region 变量定义private void VarDef() {if (IsIdlist()) {Next();if (tokens[i].Code == 29)//：{Next();if (tokens[i].Code == 9 || tokens[i].Code == 3 || tokens[i].Code == 13)//integer,bool,real <类型>{int j = i;j = j - 2;symbles[tokens[j].Addr].Type = tokens[i].Code;j--;while (tokens[j].Code == 28)// ,{j--;symbles[tokens[j].Addr].Type = tokens[i].Code;}Next();if (tokens[i].Code == 30)//；{Next();if (tokens[i].Code== 2){Next();ComSent();//复合句}else{VarDef();//不是则继续变量定义}}else{error = "变量定义后面缺少；";}}else{error = "变量定义缺少类型或类型定义错误"; return;}}else{error = "var后面缺少冒号";}}else{error = "变量定义标识符出错";}}#endregion#region 判断是不是标识符表private bool IsIdlist(){if (tokens[i].Code == 18)//标识符{Next();if (tokens[i].Code == 28)//,如果是，则可以继续<标识符表> {Next();return IsIdlist();}else//如果不是则结束{Before();return true;}}else{return false;}}#endregion#region 复合句〈复合句〉→ begin〈语句表〉endprivate void ComSent(){SentList();//语句表if (error == ""){if (tokens[i].Code == 6)//end{return;}else{error = "复合句末尾缺少end";}}}#endregion#region 语句表〈语句表〉→〈执行句〉；〈语句表〉｜〈执行句〉private void SentList(){ExecSent();//执行句if (error == ""){Next();if (tokens[i].Code == 30)//;如果有；则继续<语句表>{Next();SentList();}}}#endregion#region 执行句〈执行句〉→〈简单句〉｜〈结构句〉private void ExecSent(){if (tokens[i].Code == 18){Next();Declear();//赋值句}else if (tokens[i].Code == 2 || tokens[i].Code == 8 || tokens[i].Code == 17)//begin if while 〈结构句〉→〈复合句〉｜〈if句〉｜〈WHILE句〉 {L_Begin();//结构句}else{Before();}}#endregion#region 赋值句〈赋值句〉→〈变量〉：＝〈表达式〉private void Declear(){if (tokens[i].Code == 31)//:={Next();Expression();//<表达式>}else{error = "赋值句变量后缺少：=";}}#endregion#region 表达式〈表达式〉→〈算术表达式〉｜〈布尔表达式〉private void Expression(){if (tokens[i].Code == 7 || tokens[i].Code == 15 || (tokens[i].Addr != -1 && symbles[tokens[i].Addr].Type == 3))//false ture <布尔常数> {BoolExp();//〈布尔表达式〉→〈布尔表达式〉or〈布尔项〉｜〈布尔项〉}else//若不是布尔表达式则是算术表达式{AritExp(); }}#endregion#region 布尔表达式private void BoolExp(){BoolItem();if (error == ""){Next();if (tokens[i].Code == 11){Next();BoolExp();}else//没有or 则认为〈布尔表达式〉→〈布尔项〉{Before();}}else{return;}}#endregion#region 布尔项〈布尔项〉→〈布尔项〉and〈布尔因子〉｜〈布尔因子〉 private void BoolItem(){BoolFactor();//布尔因子if (error == ""){Next();if (tokens[i].Code == 1){Next();BoolItem();//<布尔项>}else{Before();}}}#endregion#region 布尔因子〈布尔因子〉→ not〈布尔因子〉｜〈布尔量〉private void BoolFactor(){if (tokens[i].Code == 10){Next();BoolFactor();//<布尔因子>}else//否则是<布尔量>{BoolValue();}}#endregion#region 布尔量private void BoolValue(){if (tokens[i].Code == 15 || tokens[i].Code == 7)//ture false {return;}else if (tokens[i].Code == 18)//标识符{Next();if (tokens[i].Code == 34 || tokens[i].Code == 33 ||tokens[i].Code == 32 || tokens[i].Code == 37 || tokens[i].Code == 36 ||tokens[i].Code == 35){//判断是否是<关系运算符>Next();if (tokens[i].Code == 18) //<标识符>{}else{error = "关系运算符后缺少标识符";}}else// 否则认为是<标识符>{Before();}}else if (tokens[i].Code == 21)//( 有（则认为是（〈布尔表达式〉） {BoolExp();//布尔表达式if (tokens[i].Code == 22)//){return;}else{error = "布尔量中的布尔表达式缺少一个）";}}else{error = "布尔量出错";}}#endregion#region 算数表达式private void AritExp(){Item();//项if (error == ""){Next();if (tokens[i].Code == 23 || tokens[i].Code == 24)//+ -{Next();AritExp();}else//否则则是〈算术表达式〉→〈项〉的形式{Before();return;}}else{return;}}#endregion#region 项〈项〉→〈项〉＊〈因子〉｜〈项〉／〈因子〉｜〈因子〉private void Item(){Factor();//因子if (error == ""){Next();if (tokens[i].Code == 25 || tokens[i].Code == 26)//* / 运算符 {Next();Item();// 因子}else //如果没有* /运算符则认为是〈项〉→〈因子〉的形式 {Before();return;}}else{return;}}#endregion#region 因子〈因子〉→〈算术量〉｜（〈算术表达式〉）private void Factor(){if (tokens[i].Code == 21)//({Next();AritExp();//<算术表达式>Next();if (tokens[i].Code == 22)//){return;}else{error = "因子中算数表达式缺少）";}}elseCalQua();}}#endregion#region 算数量〈算术量〉→〈标识符〉｜〈整数〉｜〈实数〉private void CalQua(){if (tokens[i].Code == 18 || tokens[i].Code == 19 || tokens[i].Code == 20)//标识符整数实数{return;}else{error = "算数量出错";}}#endregion#region 结构句〈结构句〉→〈复合句〉｜〈if句〉｜〈WHILE句〉private void L_Begin(){if (tokens[i].Code == 2) //begin 如果是begin 则认为是<复合句> {Next();ComSent();//复合句}else if (tokens[i].Code == 8)//如果是 if 则认为是<if句>{Next();IfSent();}else if (tokens[i].Code == 17)//如果是 while 则认为是<while 句>Next();WhileSent();}}#endregion#region if语句〈if句〉→ if〈布尔表达式〉then〈执行句〉| if〈布尔表达式〉then〈执行句〉else〈执行句〉private void IfSent(){BoolExp();//<布尔表达式>if (error == ""){Next();if (tokens[i].Code == 14)//then{Next();ExecSent();//<执行句>Next();if (tokens[i].Code == 5)//else{Next();ExecSent();//<执行句>}else{Before();return;}}else{error = "if...then语句缺少then";}}else{error = "if语句布尔表达式出错";}}#endregion#region while语句〈while句〉→ while〈布尔表达式〉do〈执行句〉 private void WhileSent(){BoolExp();//<布尔表达式>if (error == ""){Next();if (tokens[i].Code == 4)//do{Next();ExecSent();//<执行句>}else{error = "while语句缺少do";}}}#endregion}}语义分析主要函数：public Semantic(Morphology m)//词法分析{tokens = m.tokens;symbles = m.symbles;Dispose();//主要函数}#region 创建临时变量private string NewTemp(){string temp = "T" + ti.ToString();ti++;symble s=new symble();=temp;symbles.Add(s);return temp;}#endregion#region 回填函数private void BackPatch(int addr, int addr2){fps[addr].JumpNum = addr2.ToString();}#endregion#region 产生四元式private void Emit(string op, string strLeft, string strRight, string jumpNum){FourPart fp = new FourPart(op, strLeft, strRight, jumpNum);fps.Add(fp);}#endregion#region 主要函数private void Dispose(){if (tokens[i].Code == 12)//含有program{Next();if (tokens[i].Code == 18)//是标识符{Emit("program", tokens[i].Name, "_", "_");//产生四元式 //执行程序体Next();ProBody();//程序体}else{error = "该程序program缺少方法名";}}else{error = "该程序缺少关键字：program";}}#endregion#region 复合句private void ComSent(){SentList();if (error == ""){if (tokens[i].Code == 6)//end{Emit("sys", "_", "_", "_");//产生四元式最后 }else{error = "复合句末尾缺少end";}}}#endregion#region 赋值句private void AssiSent(){if (tokens[i].Code == 31)//:={string temp = tokens[i - 1].Name;Next();Expression();Emit(":=", tt, "_", temp);}else{error = "赋值句变量后缺少：=";}}#endregion#region 布尔量private void BoolValue(ref E e){if (tokens[i].Code == 15 || tokens[i].Code == 7){e.t.Add(fps.Count);e.f.Add(fps.Count + 1);tt = tokens[i].Name;}else if (tokens[i].Code == 18){Next();if (tokens[i].Code == 34 || tokens[i].Code == 33 || tokens[i].Code == 32 || tokens[i].Code == 37 || tokens[i].Code == 36 || tokens[i].Code == 35){Next();if (tokens[i].Code == 18){e.t.Add(fps.Count);e.f.Add(fps.Count + 1);Emit("j" + tokens[i - 1].Name, tokens[i - 2].Name, tokens[i].Name, "-1");Emit("j", "_", "_", "-1");}else{Before();}}else{Before();e.t.Add(fps.Count);e.f.Add(fps.Count + 1);Emit("jnz", tokens[i].Name, "_", "-1");Emit("j", "_", "_", "-1");Next();}}else if (tokens[i].Code == 21) {E e1 = new E();BoolExp(ref e1);e.t = e1.t;e.f = e1.f;if (tokens[i].Code == 22) {return;}}}#endregion运行结果：读取源文件：语法分析：语义分析：。