编译原理实验报告总结.doc

学年 第 学期
《编译原理》实验报告

学院（系）： 计算机科学与工程学院
班 级： 11303070A
学 号： 11303070***
姓 名： 无名氏
指导教师： 保密式

时 间： 2016 年 7 月

目录
1．实验目的 1
2．实验内容及要求 1
3．实验方案设计 1
3.1 编译系统原理介绍 1
3.1.1 编译程序介绍 2
3.1.2 对所写编译程序的源语言的描述 2
3.2 词法分析程序的设计 3
3.3 语法分析程序设计 4
3.4 语义分析与中间代码生成程序的设计 4
4. 结果及测试分析 4
4.1软件运行环境及限制 4
4.2测试数据说明 5
4.3运行结果及功能说明 5
5．总结及心得体会 7

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1．实验目的
根据Sample语言或者自定义的某种语言，设计该语言的编译前端。包括词法分析，语法分析、语义分析及中间代码生成部分。
2．实验内容及要求
（1）词法分析器
输入源程序，输出对应的token表，符号表与词法错误信息。按规则拼单词，并转换成二元形式；滤掉空白符，跳过注释、换行符及一些无用的符号；进行行列计数，用于指出出错的行列号，并复制出错部分；列表打印源程序；发现并定位词法错误；
（2）语法分析器
输入token串，通过语法分析，寻找其中的语法错误。要求能实现Sample
语言或自定义语言中几种最常见的、基本的语法单位的分析：算术表达式、布尔表达式、赋值语句、if语句、for语句、while语句、do while语句等。
（3）语义分析与中间代码生成
输入token串，进行语义分析，修改符号表，寻找其中的语义错误，并生
成中间代码。要求能实现Sample语言或自定义语言中几种最常见的、基本的语法单位的分析：算术表达式、布尔表达式、赋值语句、if语句、for语句、while语句、do while语句等。

实验要求：功能相对完善，有输入、输出描述，有测试数据，并介绍不足。
3．实验方案设计
3.1 编译系统原理介绍
编译器逐行扫描高级语言程序源程序，编译的过程如下：
(1). 词法分析
识别关键字、字面量、标识符 (变量名、数据名)、运算符、注释行(给人看的，一般不处理)、特殊符号(续行、语句结束、数组)等六类符号，分别归类等待处理。
(2). 语法分析
一个语句看作一串记号 (Token)流，由语法分析器进行处理。按照语言的文法检查判定是否是合乎语法的句子。如果是合法句子就以内部格式保存，否则报错。直至检查完整个程序。
(3). 语义分析
语义分析器对各句子的语法做检查：运算符两边类型是否相兼容；该做哪些类型转换 (例如，实数向整数赋值要"取整")；控制转移是否到不该去的地方；是否有重名或者使语义含糊的记号，等等。如果有错误，则转出错处理，否则可以生成执行代码。
(4). 中间代码生成
中间代码是向目标码过渡的一种编码，其形式尽可能与机器的汇编语言相似，以便下一步的代码生成。但中间码不涉及具体机器的操作码与地址码。采用中间码的好处是可以在中间码上做优化。
(5). 优化
对中间码程序做局部优化与全局 (整个程序)优化，目的是使运行更快，占用空间最小。局部优化是合并冗余操作，简化计算，例如x:=0可用一条"清零"指令替换。全局优化包括改进循环、减少调用次数与快速地址算法等。
(6). 代码生成
由代码生成器生成目标机器的目标码 (或汇编)程序，其中包括数据分段、选定寄存器等工作，然后生成机器可执行的代码。
3.1.1 编译程序介绍
编译程序是指把用高级程序设计语言书写的源程序，翻译成等价的机器语言格式目标程序的翻译程序。编译程序属于采用生成性实现途径实现的翻译程序。它以高级程序设计语言书写的源程序作为输入，而以汇编语言或机器语言表示的目标程序作为输出。编译出的目标程序通常还要经历运行阶段，以便在运行程序的支持下运行，加工初始数据，算出所需的计算结果。
3.1.2 对所写编译程序的源语言的描述
Sample语言是一种类PASCAL语言，他以赋值语句为基础，包括顺序、条件与循环三种结构。有变量说明与常量说明，有多种数据类型、如整型、实型、字符型等。它包括如下一些语法成分：
(1). 数据类型：整型、布尔型、实型与字符类型。
(2). 表达式：可进行算术、布尔表达式的运算。
(3). 说明语句：常量说明（用const定义）、变量说明（用var定义）。
(4). 赋值语句。
(5). 控制语句：if语句、while语句，repeat语句与for循环语句。
(6). Begin … end复合语句。
(7). 程序（program）语句与结束（end.）语句。
3.2 词法分析程序的设计
图 1 词法分析总流程
词法分析将源程序读入一个个的字符，根据一定的构词规则，识别出各类有用的单词。当输入字母时，开始识别标识符或关键宇，边拼写边从缓冲区读入下一符号，当读入一非字母数字符号时，标识符识别完成，但已多读入一个符号，所以列记数回退。然后查关键字表，判断拼出的符号串是否为关键字。若是关键字，输出其种别码。否则识别的单词就是标识符，同时输出标识符及其种别码。当输入数字时，开始识别整数或实数。边拼写边读入下一符号，当遇到“.”时，还要继续拼写该常数(实数情况)。如果遇到E，要识别带指数的常数，当遇到其它非数字符号时，数字常数拼写完毕，列计数也要退1。输出常数及其种别码。当输入“/”时，开始识别注解或除号，若是注解时，最后两个连续读出的符号是“*/”，不需再读下一符号，列计数不变。当判定是除号“/”时，已多读入一字符，列计数—1，输出“/”的种别码。
3.3 语法分析程序设计
图 2 语法分析总流程
不断地读入token文件中的单词，根据不同的语句，使用不同的方法进行分析，直到token文件的结束。程序头部以program开头，变量说明以var开头，常量说明是以const开头的，从begin开始就是可执行语句，可执行语句分为五种：for语句(以for语句开头)，while语句(以while开头)，if语句(以if开头)，repeat语句(以repeat开头)，赋值语句(以标识符开头) 。每当读到前导词，表明一个新的语法结构的开始，以此识别该语法单位是否符合定义。
3.4 语义分析与中间代码生成程序的设计
4. 结果及测试分析
4.1软件运行环境及限制
程序是使用C#语言编写的，开发软件是VS2013。VS是一个基本完整的开发工具集，它包括了整个软件生命周期中所需要的大部分工具，如UML工具、代码管控工具、集成开发环境(IDE)等等。所写的目标代码适用于微软支持的所有平台。使用VS调试程序会很方便，可以实时观察程序的运行状态。用VS制作界面会显得非常地简单，但是也存在一定的缺点。VS的集成度比较高，所以要修改封装好的一些函数不会太简单。
4.2测试数据说明
输入数据：
program example1;
const
a:=1;b:=3;c:='fasdf';
var
a,b,c:integer;
x:char;
begin
a:=3;
b:=12;
if(a+3*c>b) then c:=3;
while a>b do c:=5;
repeat a:=10; until a+3>b;
for x:=1+2 to 3 do b:=100;
end.
这是sample语言的一个比较简单的测试程序，它有着sample语言最基本的格式，如函数头部、常量说明、变量说明、执行语句、条件语句，循环语句等等。用这个测试程序来观察程序的效果。
4.3运行结果及功能说明

图 3 词法分析结果
图3是正常词法分析的结果，可以看出，程序会将每个单词显示到token文件显示区，同时显示单词在源文件的位置。并且会将标识符与常量添加到符号表并显示到符号表显示区。下面的图4是当测试程序有错误时的情况。

图 4 词法分析有错误的程序
可以看到当我在b:=12；后面加上一个 “’”后，会出现报错。并且if语句位置上少了个“）”也会出现报错，实现了词法分析的相关功能。

图 5语法分析结果
从图5看到，语法分析能够正确地处理token串，并分析出各类语句，直到程序的结束。输出结果的显示层次感不强，没有按照一级级地缩进，这里是语法分析的一点问题。下面的图6是语法分析处理错误的功能演示。

图 6 语法分析错误处理
我修改了程序的部分地方，通过语法分析就能够检测到错误的地方，并显示出错误可能的原因，并且能够在错误的前提下继续执行后面的程序，直到语法分析结束。
5．总结及心得体会
通过编译原理实验课，我掌握了什么是编译程序，编译程序工作的基本过程及其各阶段的基本任务，熟悉了编译程序总流程框图，了解了编译程序的生成过程、构造工具及其相关的技术对课本上的知识有了更深的理解，课本上的知识是机械的，表面的。通过把该算法的内容，算法的执行顺序在计算机上实现，把原来以为很深奥的书本知识变的更为简单，对实验原理有更深的理解。
然而，我认为自己在实验课上做的并不够好。首先，在总体实验内容来说，我没能够完成所有的内容，只完成了词法分析与语法分析的程序；其次，就完成的两个实验来说，功能上还是不够完善，有一些bug。最后，运行界面上过于简陋，不够美观。由于时间的有限性，这些不足是无法继续改善了。这也让我意识到对于做每一件事，你的付出时间与你的成果是成正比的。所以，对于做一件事，要舍得花时间，肯花时间，这样最后的效果才会更好。对于编译原理，整体看下来自己做得不算好。意识到不足，我更加地明白自己能力不够强。在今后的学习里，需要更加地努力才行，能力越强，自己的提升空间就会越大，完成一件事的效率也才会更高。争取在以后做一个高效率，强能力的人。