编译原理课程设计教案.doc

1、黄冈师范学院编译原理课程设计教案（2011春）授 课 教 师： 张 瑞 红 授 课 班 级： 计科 2008 级授 课 时 间： 2010-2011 二课题一 有限自动机的运行一、设计题目：有限自动机的运行 二、设计目的：1、理解有限自动机的作用 2、利用转态图和状态表表示有限自动机 3、以程序实现有限自动机的运行过程 三、设计内容：（注：题目详细要求） 利用状态表和有限自动机的运行原理编制程序，使得程序能够识别一个输入串是否为一个有效的符号串，具体可以选择下面之一：无符号定点实数、自然数、整数、十六进制数或其它自己定义的符号串。 四、设计思想：（注：算法思想、程序流程图、不要写代码） 本程序

2、实现对无符号定点实数的判断，正确接受，否则不接受。 本程序的关键在状态表和缓冲区的运用。首先定义了一个布尔型函数 ReadALine 把输入的字符串送到缓冲区中；然后定义了布尔型函数 Run 和 Getchar 实现对输入字符串的正确性判断，更改 Run 函数可以改变程序功能：如可将状态表改变成识别“偶数”的有限自动机的状态表。 程序流程图如下：（学生自己画） 五、运行结果与数据分析：六、设计总结体会： （学生自己写，此处可参考）通过这次课程设计，我对程序的编译和运行过程有了更进一步的了解，对程序的底层设计、代码优化也有了初步的认识，而且知道了如何从根本上来提高程序运行的速度。 附录：（完整代

3、码） #include #include /状态表相关存储信息：#define STATE_NUMBER 4 /状态数目#define CHAR_NUMBER 2 /输入字符的种类: d 和 .#define DIGIT 0 /输入数字在状态表中位于第 0 列/State为状态表，以整数组形式存放，0,1,2,3 表示状态，-1 表示没有此状态int StateSTATE_NUMBERCHAR_NUMBER= 1,-1,1,2, 3,-1, 3,-1;int QSTATE_NUMBER = 0,1,0,1; /终态标志：0 非终态，1 终态。/缓冲区：/输入缓冲区：由专门函数操作（ReadAL

4、ine(),GetChar()）#define BUFFER_SIZE 1000 /表达式缓冲区大小char BufferBUFFER_SIZE; /表达式缓冲区，以0表示结束int ipBuffer = 0; /表达式缓冲区当前位置序号char ch; /存放取得的一个字符/函数声明：bool Run(); /对存储在缓冲区的一行字符串（以#结束）进行运行void Init(); /全局初始化bool ReadALine(); /从键盘读一行（没有空格），存于表达式缓冲区 Buffer中char GetChar(); /从缓冲区取一个字符，返回该字符的同时将它存于全局变量 ch 中/主程序：

5、void main() Init();while(ReadALine() /读一行成功，对它进行判断 if(Run() /对该行进行运行，看是否能被接受？printf(“接受nn“);else printf(“不接受nn“);/对存储在缓冲区的一行字符串（以#结束）进行运行/返回：如果是无符号定点实数，返回 true；否则返回：falsebool Run() int S=0; /S 存放运行时的当前状态，目前为初态while(GetChar()!=#) if(ch = 0if x=0then sum1 := sum1 + x;sum2 := sum2 + x;k := k-1;end;writ

6、e (sum1, times*sum2/ num);end.四、设计思想：（注：算法思想、程序流程图、不要写代码）利用单词的构成规则，对输入的字符串进行分析再归类即可。（流程图学生自己画）五、运行结果与数据分析：六、设计总结体会： 课题三：语法分析器的设计一、设计题目：语法分析器的设计二、设计目的要求：通过设计、编程、调试出一个具体语法分析程序，能调用词法分析程序为其提供单词符号串，进行语法分析，掌握语法分析方法和程序设计方法。三、设计内容：任选一种语法分析方法进行程序设计，语法分析程序能通过实例数据的测试。写出设计报告，内容为：所选的语法分析方法、算法、改写的文法、符号表、出错处理、编程方法

7、等。SPL 语言的文法:= := program ;* := * := ab y z* := * := 0* := 1 8 9:= var :int;const ;var :int;const ;:= ,:= = = ,* := * := := begin end.:= ; := := := := + - := * / := ():= if then * := =:= while do := read ():= write ():= ,:= begin end【备注】1. SPL 语言源程序格式自由；2. SPL 语言源程序中可以插入注解，用“” 、 “”括起来。测试用例同课题二四、设计思想：

8、（注：算法思想、程序流程图、不要写代码）根据自己选择语法分析方法（LL（1）、LR（0）、OPG），先设计分析表再设计主控程序。（LL（1） ）主要算法:构造算符优先分析表的算法以下几个步骤：（1）构造文法 G 中非终结符号的 FIRSTVT 集合FIRSTVT 集合用一个整型二维数组 Fqf表示，其值为 0 或 1。F 是一个 q*f 的二维数组（q=文法 G 中非终结符号个数，f=文法 G 中终结符号个数） 。对于文法 G 的所有终结符，构造数组Fqf的算法（该算法使用一个 STACK 栈，用于存放含有一个非终结符和一个终结符对的结构体 X。 ）如下：BEGINfor 任何非终结符 P 和

9、终结符 a 对（P，a）确定 P 在非终结符数组 VN中的位置 q1 和 a 在终结符数组 VT中的位置 f1Fq1f1=0；for 任何形如 P-a或 P-Qa的产生式BEGINIF NOT Fq1f1 Fq1f1 =0；将（P，a）放入结构体 x；X 进 STACK 栈；ENDWHILE STACK 栈非空 BEGIN将 STACK 栈的栈顶元素出栈FOR 每个形如 Q-P的产生式 BEGIN确定 Q 在非终结符数组 VN中的位置 q2IF NOT Fq2f1 BEGIN Fq2f1=1；将（Q，a）放入结构体 X；X 进 STACK 栈；ENDENDEND.（2）构造文法 G 中非终结符

10、号的 LASTVT 集合类似于构造 FIRSTVT 集合，LASTVT 集合用一个整型数组 LP，a表示，其值为 0 或 1。L是一个 q*f 的二维数组（q=文法 G 中非终结符号个数，f=文法 G 中终结符号个数） 。对于文法 G的所有终结符，构造数组 Lqf的算法（该算法法使用一个 STACK 栈，用于存放含有一个非终结符和一个终结符对的结构体 D。 ）如下：BEGINfor 任何非终结符 P 和终结符 a 对（P，a）确定 P 在非终结符数组 VN中的位置 q1 和 a 在终结符数组 VT中的位置 f1Lq1f1=0；for 任何形如 P-a 或 P-Qa 的产生式BEGINIF NO

11、T Lq1f1 Lq1f1 =0；将（P，a）放入结构体 d；D 进 STACK 栈；ENDWHILE STACK 栈非空 BEGIN将 STACK 栈的栈顶元素出栈FOR 每个形如 Q-P 的产生式 BEGIN确定 Q 在非终结符数组 VN中的位置 q2IF NOT Lq2f1 BEGIN Lq2f1=1；将（Q，a）放入结构体 D；D 进 STACK 栈；ENDENDEND.（3）构造文法 G 的优先关系表使用文法 G 中任何非终结符号的 FIRSTVT 集合和 LASTVT 集合，可以构造文法 G 的优先关系表。优先关系表用一个二维字符数组 Z表示，Z 是一个 f*f 的数组（f=文法

12、G 中终结符号个数） 。Z 表的值为0 、 、 或= 。构造优先关系表 Z的算法如下： FOR 每个形如产生式 P-Qa或 P-Qa 在 lastvt 集的数组 L中确定 Q 对应的行元素值为 1 的下标 j 和 a 对应的列的下标l；在算符优先表的数组 Z中,将 Zjl的值置 ；FOR 每个形如产生式 P-aQ或 P-aQ 在 firstvt 集的数组 F中确定 Q 对应的行元素值为 1 的下标 j 和 a 对应的列的下标l；在算符优先表的数组 Z中,将 Zjl的值置；FOR 每个形如产生式 P-ab或 P-aQb在终结符号集合的数组中找到 a，b 所对应的下标 j，k；在算符优先表的数组

13、Z中,将 Zjl的值置=；（4）判别文法 G 是否为算符优先文法2.设计算符优先分析程序的算法（1）判别输入串是否为文法 G 的句子根据查找最左子素短语的方法，得到算符优先分析算法如下：在算法中使用了一个符号栈B，用来存放终结符和非终结符，k 代表符号栈 S 的使用深度： WHILE 文法 G 为算符优先文法 DO 将字符串放入数组 string中；K=0,初始化栈 Bk=#；把当前字符读入字符变量 a 中；IF Sk为终结符 J=kELSE J=K-1找出 Bk所对应的终结符及 a 所对应的终结符在 Z中的位置 q,q3 IF Zqq3= =或.a 的项目，E=ch，且原闭包集中不含此项目，

14、执行(3),(4),否则返回。3 将该产生式加入该闭包。4 递归调用闭包算法对新加入产生式进行闭包运算。求解 Go 集合算法 ch 赋值为吸收字符 遍历该项目集的所有项目，对行如 E-a.bB 的项目，b=ch,创建新项目集并将该项目加入新项目集。 如若该新项目集已存在，撤消，否则返回新项目集下标。求项目集算法 对零项目求解求解闭包,得出项目集 .0I 对项目集 求解 Go 集,得出新产生项目集的最大下标 i;0I从项目集 到项目集 依次编历各项目集,求解该项目集闭包和该项目集 Go 集,1i在此步中 i 值可能发生变化.构表算法对项目集 的每个项目圆点后的字符iI如果为空，判断是否为结束产生

15、式，则将相应数组元素赋值 abc否则为规约项目，赋相应 ir如果为大写字母，则为移进项目,通过判断 Go()求得 I,赋相应 I;否则，通过判断 Go()求得 I,赋相应 。is（OPG）主要算法和数据结构:算符优先分析法是一种简单且直观的自下而上分析方法，特别适合于分析程序语言中的各类表达式，并且宜于手工实现。算术优先分析，是依照算术表达式的四则运算过程来进行语法分析。通常在算术表达式求值过程中，运算次序是先乘除后加减，这说明了乘除运算的优先级高于加减运算的优先级，乘除为同一优先级但运算符在前边的先做，这称为左结合，同样加减运算也是如此，这也说明了运算的次序只与运算符有关，而与运算对象无关，

16、因而直观算符优先分析法的关键是对一个给定文法 G，人为地规定其算符的优先顺序，即给出优先级别和同一个级别中的结合性质，算符间的优先关系表示规定如下：a b 表示 a 的优先性低于 b。a b 表示 a 的优先性等于 b，即与 b 相同。a b 表示 a 的优先性高于 b。但必须注意，这三个关系和数学中的，是不同的。当有关系 a b 时，却不一定有关系 b a，当有关系 a b 时，却不一定有 b a，例 如：通常表达式中运算符的优先关系有+ -，但没有- +，有( )，但没有) (。即这种分析方法要预先规定运算符（确切地说是终结符）之间的优先关系和性质，然后借助于这种关系来比较相邻运算符的优先

17、级，以确定句型的“可归约串”来进行归约。定义：设有一文法 G，如果 G 中没有形如 ABC的 产生式，其中 B 和 C 为非终结符，则称 G 为算符文法例如：表达式文法 EE+E|E*E|(E)|i其中任何一个产生式中都不包含两个非终结符相邻的情况，因此该文法是算符文法1） 文法2） 算法：FIRSTVT；LASTVT；优先关系表；判断 G 是否是算符优先文法3） 构造算符优先表程序设计：G 的产生式存储和输入，可以定义、 、 ；所涉及的主要数据结构（FITSTVT 和 LASTVT 集合；优先关系表；STACK 栈主要数据结构1 算符文法 G 的产生式存储和输入定义一个二维数组 p1010存

18、储 G 的产生式 ，h 为产生式的个数，其元素为字符数组，每行字符存放的字符串最长为 10，每一行存放一个产生式，算符文法 G 的产生式可以通过键盘，以字符方式输入，每个产生式以“#”结束。2 所涉及的主要数据结构firstvt 集合和 lastvt 集合；用整形数组 fp，a和 lp，b表示 ，都是 a*b 的二维数组， （a 为文法中非终结符的个数，b 为文法中终结符的个数） ，其中 p 属于 N,a 属于 T,输出的第一行 T 表示所有终结符,第一列 N 表示所有的非终结符.优先关系表用一个数组 ka,b表示,k 是一个 b*b 的二维数组(b 为文法的终结符的个数),其元素为二维字符数

19、组,每个字符数组所存的字符串的长度为 1,其中 a,b 属于终结符,ra,b=,或为空,数组 ra,b类型为字符型.输出时,第一行 T 表示所有的终结符,第二行 T 表示所有的终结符.一维数组 Tn存放所有的终结符,一维数组 Na 存放所有的非终结符,变量 a,b 分别表示非终结符,终结符.一维数组 An表示每个产生式的第一个字符在非终结符 Nn中的位置,Bn表示没一个产生式的个数,fp,a为字符型,表示 a 是否是 p 的 firstvt,lp,a为字符型,表示 a 是否为 p 的 lastvt,ka,a表示终结符存在那种关系;=,或空,如果存在两种对应关系,则说明该文法不是算符优先文法。五

20、、运行结果与数据分析：六、设计总结体会： 课题四： WHILE 循环语句的翻译程序设计一、设计题目：WHILE 循环语句的翻译程序设计二、设计目的要求：通过设计、编程、调试出一个具体语法分析程序，能调用词法分析程序为其提供单词符号串，进行语法分析，掌握语法分析方法和程序设计方法。三、设计内容：1、写出符合题目要求的文法及属性文法。2、完成题目要求的中间代码三地址表示的描述。3、写出递归下降法的思想，完成语法分析和语义分析程序设计。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。5、设计报告格式按要求书写。课程设计报告书正文的内容应包括：1 系统描述（问题域描述） ；2 文法

21、及属性文法的描述；3 语法分析方法描述及语法分析表设计；4 给出中间代码形式的描述及中间代码序列的结构设计；5 简要的分析与概要设计；6 详细的算法描述（流程图或伪代码） ；7 给出软件的测试方法和测试结果；8 研制报告（研制过程，本设计的评价、特点、不足、收获与体会等） ；四、设计思想：（注：算法思想、程序流程图、不要写代码）按照课程设计的要求，写一个能识别 while 循环语句的文法，通过一定的变换使它符合递归下降法的要求，然后按照这个文法编写一个程序，该程序能识别输入的语句是否符合 while 语句的文法，或者能不能通过文法的开始符号推导出该语句。该程序应该包括词法分析器，能对输入的语句

22、进行词法分析，然后再对结果进行语法分析。词法分析器应能识别关键字，标示符，常量，操作符等。该程序的语法分析器能对输入的语法进行分析，判断输入语句能否满足 while 循环语句的文法。通过递归下降的方法对语句进行分析，看能否通过开始符号推导出来。该程序的语义分析器就是对分析结果进行输出，要求输出结果是三地址形式的。1、文法描述:= while () ( | ):= (|） (|):= (|):= | := （):= =( | ) ( | ):= + | - | * | / := = | 2、递归文法：S - while (B) S | i=EB - E relop Erelop - E - (E

23、)F | iF | nFF - +EF | -EF | *EF | /EF | 3、语法分析方法描述：按照递归下降分析技术，递归下降识别程序是由一组子程序组成，每个子程序对应于一个非终结符号。该子程序处理相应句型中相对于此非终结符号的产生式。在定义文法时，是递归定义的，所以这些子程序也是递归的。当一个子程序调用另一个子程序时，总是先执行被调用的子程序，然后再执行后继的程序。4、三地址代码在本程序中用到了三地址语句的输出包括以下的种类：赋值语句：x:= y op z复制语句：x:= y条件转移语句：if x relop y goto L 例如：本程序中语句 while (B) S ,可以输出三地

24、址代码为：if B goto L else goto Lnext；而 E - (E)F 可以输出三地址代码为：E1:= (E2) F。5、Getsymbol()子程序的算法描述Int Getsymbol()sym=fgetc(intput); /取当前文件指针指向的字符While(sym 不为空)if(sym 是 a-z 的字符)将该字符保存在 token1 数组中；继续取下一个是 a-z 的字符保存在数组中；当 sym 不是字符时，则判断该数组中的符号串是不是关键字，是就返回 16（while 的机内码） ；不是就返回13（变量的机内码） ；Else if（sym 是 0-9 之间的数字）将

25、该数字保存在 token2 数组中；继续取下一为 0-9 的数字，并保存到数组中去；当 sym 不是数字是，就返回 12（常数的机内码） ；Else if（sym 是+）返回 4；Else if（sym 是-）返回 3；Else if（sym 是*）返回 2；Else if（sym 是/）返回 1；Else if（sym 是）返回 9；Else if（sym 是；）返回 20；该程序就是对输入串进行分析，分析到不同的数据类型就相应返回它的机内码，这样方便在语法分析中进行分析。本程序还保存了变量和常量在结构数组中，方便在语义分析的时候使用。S()子程序的算法描述void S()re=Getsym

26、bol(); /取下一个字符的机内码if(re=关键字) /执行 S-while (B) Sre=Getsymbol(); /取下一个字符的机内码If(re=左括号)调用 B()；re=Getsymbol(); /取下一个字符的机内码if(re=右括号)调用 S();Else if(re=变量) /执行 S-i = E re=Getsymbol(); /取下一个字符的机内码If(re=等号) 调用 E()；Else ERROR()；该程序就是对通过 Getsymbol()词法分析程序得到的单词，进行不同的程序语句执行。当得到了while 是就分析下一个是不是(，是的话就调用 B()；否则就出错

27、。取下一个单词，是)就调用 S()；否则也出错。当得到的是变量 i 时，去下一个单词，如果是=就调用 E()。B()和 relop()子程序的算法描述在B()子程序中，不用判断任何的单词，就依次调用E()，relop()，E()，执行B-E relop EVoid relop() re=Getsymbol(); /取下一个字符的机内码If(sym=大于号) ； /执行 relop-=Else if(syn=小于号) ； /执行 relop-Else ERROR()；在 relop 程序中就主要上判断当前取得的单词是不是条件运算符。E()子程序的算法描述Void E() re=Getsymbol

28、(); /取下一个字符的机内码if(re=左括号) /执行 E-(E)F E()；re=Getsymbol(); /取下一个字符的机内码if(re=右括号)F()；Else if(re=变量) /执行 E-iFF()；Else if(re=常量) /执行 E-nFF()；F()子程序算法描述Void F() re=Getsymbol(); /取下一个字符的机内码If(re=加号) /执行 F-+EF E(); F(); Else if(re=减号) /执行 F-EF E(); F();Else if(re=乘号) /执行 F-*EF E(); F();Else if(re=除号) /执行 F-/EF E(); F();这个子程序和 E()合起来就是一个完整的可递归的算术操作运算，但由于递归下降分析方法不能含有左递归文法，所以消去左递归后就成了两个子程序。五、运行结果与数据分析：六、设计总结体会：