C语言编译器的设计与实现
C语言编译器前端的设计与实现 实训报告
第 1 章 绪论
1.1 C 语言及编译器概述
C 语言是在 70 年代初问世的。一九七八年由美国电话电报公司(AT&T)贝尔实验室正式 发表了 C 语言。同时由 B.W.Kernighan 和 D.M.Ritchit 合著了著名的“THE C PROGRAMMING LANGUAGE”一书。通常简称为《K&R》，也有人称之为《K&R》标准。但是，在《K&R》中并 没有定义一个完整的标准 C 语言，后来由美国国家标准学会在此基础上制定了一个 C 语言 标准，于一九八三年发表。通常称之为 ANSI C。C 语言是一种结构化语言。它层次清晰， 便于按模块化方式组织程序，易于调试和维护。C 语言的表现能力和处理能力极强。它不仅 具有丰富的运算符和数据类型，便于实现各类复杂的数据结构。它还可以直接访问内存的 物理地址，进行位(bit)一级的操作。由于 C 语言实现了对硬件的编程操作，因此 C 语言集 高级语言和低级语言的功能于一体。既可用于系统软件的开发，也适合于应用软件的开发。 此外，C 语言还具有效率高，可移植性强等特点。因此广泛地移植到了各类各型计算机上， 从而形成了多种版本的 C 语言。
2.3.1 自顶向下的语法分析...........................................................................................5 2.3.2 自底向上的语法分析...........................................................................................5 2.4 语义分析.........................................................................................................................6 2.5 符号表.............................................................................................................................6 2.6 类型检查.........................................................................................................................7 第 3 章 系统详细设计..................................................................................................................8 3.1 系统设计基本思路.........................................................................................................8 3.2 词法分析模块设计.........................................................................................................8 3.3 语法分析模块设计.......................................................................................................11 3.4 语义分析模块设计.......................................................................................................14 第 4 章 结束语............................................................................................................................16 参考文献...................................................................................................................................... 16 附录： 附录 1：词法分析核心代码............................................................................................17 附录 2：语法分析核心代码............................................................................................18
编译器设计与实现技术研究
编译器设计与实现技术研究随着计算机软硬件的不断更新，编译器作为一个重要的软件工具，也不断地发展和完善。
编译器是一种将高级语言代码转换成低级代码的程序，它可以将程序员编写的高级语言代码翻译成机器能够识别的汇编代码或者机器语言代码。
编译器的设计和实现技术对于软件开发有着至关重要的作用。
1.编译器的基本工作原理编译器的基本工作原理是将高级语言代码逐步解析成机器能够识别的低级代码。
首先，编译器将高级语言代码进行词法分析，将语句中的标识符、关键字、运算符等转换成对应的记号。
接着，编译器将这些记号进行语法分析，转换成语法树。
语法树表示了给定程序的语法结构，是编译器生成中间代码的重要依据。
编译器根据语法树生成中间代码，并对中间代码进行优化。
最后，编译器将优化后的中间代码转换成机器能够识别的机器码或者汇编代码。
2.编译器的设计与实现技术编译器的设计与实现技术主要包括以下几个方面：2.1.词法分析器词法分析器用于将高级语言代码转换成标记流。
它的主要任务是将输入的文本流转换为一个个逐个扫描的Token 序列，将每个Token 分类为特定的Token 类型，如标识符、关键字、运算符等。
常见的词法分析器生成器有 Flex 和 Lex。
2.2.语法分析器语法分析器用于将标记流转变成一棵语法树。
语法分析器的主要任务是将从词法分析器得到的Token 序列转换成一棵语法树，在语法树上进行语义分析和优化。
常见的语法分析器生成器有 Bison 和 Yacc。
2.3.中间代码生成器中间代码生成器用于将语法树转换成中间代码。
中间代码生成器的主要任务是将语法分析器生成的语法树转换成中间代码。
中间代码表示高级语言代码的语义，是生成目标代码的中间步骤。
常见的中间代码有三地址码、四元式、抽象语法树等。
2.4.中间代码优化器中间代码优化器用于对中间代码进行优化。
中间代码优化器的主要任务是提高目标代码的性能、减小目标代码的大小以及提高编译器的运行效率。
C到VHDL的编译器设计与实现
C到V HDL的编译器设计与实现李 超 方潜生(安徽建筑工业学院计算机与信息工程系,安徽合肥230022)【摘 要】 近年来,微电子技术和超大规模集成电路技术发展迅速,电子系统设计的系统复杂度和异构度都不断加大,软件在系统设计中所占比例也越来越大。
C语言适合对系统进行高层次的描述,V HDL语言适合抽象的硬件描述。
C语言的系统描述经过软硬件划分之后,必须将硬件实现部分转换为适合于综合的V HDL语言。
本文通过比较两种语言的差别,提出并实现适合表达C语言描述内容的V HDL结构形式。
实验表明,本文提出的方案是正确和有效的,并能降低系统设计的复杂度和异构度。
【关键词】 软硬件协同设计;C语言;V HDL;编译器1 引言近年来,随着微电子技术和超大规模集成电路技术的高速发展,进行电子系统设计时的系统复杂度不断加大,系统软件硬件的异构度提高,软件在系统中所占的比例也越来越大。
传统的设计方法在进行电子系统设计时,一般先由系统工程师设计整个系统的架构,画出系统框图(包括各个模块),再用高级编程语言(一般是C/C++/JAVA)实现各个模块的算法,然后进行整个系统的仿真,确定系统的最佳结构、最佳实现算法及其它相关参数。
待系统模型确定以后,进行系统软硬件分割设计,但由于缺乏统一的软硬件协同设计验证平台,大多只能根据经验来定义软件和硬件部分各自应完成的功能。
对于整个系统的功能和行为,在设计最初阶段,描述时尚无硬件的概念,经过软硬件划分之后,将系统规范描述分成软件实现和硬件实现两部分。
虽然VHDL等语言也支持算法级描述,但是大部分硬件描述语言HDL(Hardware Description Language)如VHDL、Verilog等基本上还是面向硬件的描述,面向较低的硬件抽象等级。
同时由于高级编程语言(C/C++/JAVA)不能描述硬件设计中的时间、延迟、信号等物理信息,与后续的硬件设计不兼容,硬件部分需重新用VHDL、Verilog等硬件描述语言来设计,造成大量的设计重复,也增加了系统设计的复杂度。
编译原理课程设计___C语言编译器的实现
扬州大学编译原理课程设计学号：*********姓名：专业：计算机科学与技术课程：编译原理指导教师：***目录一．程序简介与分析---------------------------------------------------------3 二．程序适用范围-----------------------------------------------------------3 三．词法分析---------------------------------------------------------------3 四．语法分析---------------------------------------------------------------4 五．语义分析和中间代码生成------------------------------------------------10 六．代码生成--------------------------------------------------------------12 七．流程图----------------------------------------------------------------13 八．实现------------------------------------------------------------------14 九．程序运行结果----------------------------------------------------------14 十．总结------------------------------------------------------------------18 十一.附录（源程序）--------------------------------------------------------18简单的编译程序设计一．程序简介与分析本程序由四个部分组成：词法分析子程序，语法分析子程序，语义分析子程序，目标代码生成程序。
如何进行编译器设计和解释器开发
如何进行编译器设计和解释器开发编译器和解释器是软件开发中非常重要的工具，它们用于将源代码转换为可以被计算机执行的机器码或者解释执行源代码。
编译器是将源代码一次性地转换为目标代码，而解释器是逐行地解释源代码并执行相应的操作。
本文将介绍编译器的设计和解释器的开发过程，并提供一些实用的技巧和建议。
一、编译器设计编译器设计是一个复杂的任务，需要掌握词法分析、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多个环节。
下面是编译器设计的一般流程：1.词法分析：将源代码分解为一个个token，例如关键词、标识符、数字、操作符等。
可以使用正则表达式或者有限状态自动机来进行词法分析。
2.语法分析：根据语法规则将token组成一个个语法结构，例如函数、表达式、语句等。
可以使用上下文无关文法和语法分析算法（如LL(1)或者LR(1)）来进行语法分析。
3.语义分析：对语法结构进行语义检查，例如类型检查、作用域检查、类型转换等。
在这一阶段还可以进行符号表的构建，用于保存变量和函数的信息。
4.中间代码生成：将源代码转换为一种中间表示形式，通常是一个抽象的指令序列，例如三地址码、虚拟机指令、中间表达式等。
中间代码的生成可以使用递归下降、语法制导翻译或者语法制导翻译的变体等方法。
5.代码优化：对中间代码进行优化，以提高代码的执行效率和减小代码的体积。
常见的优化技术包括常量折叠、公共子表达式消除、死代码删除、循环优化等。
6.目标代码生成：将中间代码转换为目标机器的机器码或者汇编代码。
目标代码生成可以分为两个阶段：指令选择（选择适合目标机器的指令）和寄存器分配（将变量分配到寄存器或者内存中）。
7.代码生成完成后，还需要进行链接和装载，将目标代码与库文件进行链接，并将最终的可执行文件加载到内存中执行。
二、解释器开发与编译器不同，解释器是逐行地解释和执行源代码，不需要将源代码先转换为目标代码。
下面是解释器的开发过程：1.词法分析：同编译器设计一样，解释器也需要进行词法分析，将源代码分解为一个个token。
C语言编译原理编译过程和编译器的工作原理
C语言编译原理编译过程和编译器的工作原理C语言是一种广泛使用的计算机编程语言，它具有高效性和可移植性的特点。
在C语言程序的运行之前，需要通过编译器将源代码翻译成机器可以执行的目标代码。
编译器是一种专门用于将高级语言源代码转换为机器语言的程序。
编译过程分为四个主要阶段，包括词法分析、语法分析、语义分析和代码生成。
下面我们逐一介绍这些阶段的工作原理。
1. 词法分析词法分析是编译过程的第一步，它将源代码分解成一系列的词法单元，如标识符、常量、运算符等。
这些词法单元存储在符号表中，以便后续的分析和转换。
2. 语法分析语法分析的目标是将词法单元按照语法规则组织成一个语法树，以便进一步的分析和优化。
语法分析器使用文法规则来判断输入的字符串是否符合语法规范，并根据语法规则生成语法树。
3. 语义分析语义分析阶段对语法树进行分析并在合适的地方插入语义动作。
语义动作是一些与语义相关的处理操作，用于检查和修正代码的语义错误，并生成中间代码或目标代码。
4. 代码生成代码生成是编译过程的最后一个阶段，它将中间代码或语法树翻译为目标代码，使得计算机可以直接执行。
代码生成阶段涉及到指令的选择、寄存器分配、数据位置的确定等一系列的优化操作，以提高程序的性能和效率。
编译器是实现编译过程的工具。
它接收源代码作为输入，并将其转换为目标代码或可执行文件作为输出。
编译器工作原理可以简单概括为：读取源代码、进行词法分析和语法分析、生成中间代码、进行优化、生成目标代码。
编译器在编译过程中还涉及到符号表管理、错误处理、优化算法等方面的工作。
符号表用于管理程序中的标识符、常量、变量等信息；错误处理机制用于检测和纠正程序中的错误；优化算法用于提高程序的性能和效率，例如常量折叠、无用代码删除等。
总结起来，C语言编译过程涉及到词法分析、语法分析、语义分析和代码生成等阶段，每个阶段都有特定的工作原理和任务。
编译器作为实现编译过程的工具，负责将源代码转换为机器可以执行的目标代码。
编译原理c语言编译器的设计与实现
经编译程序运行后得到的输出结果如下：
1〕词法分析得出的相应的名字的号码和他的值2〕列举程序中所有的变量
3〕状态栈的移进-归约过程1.
4〕最后产生的四元式中间代码
一、实验总结：
通过此次实验，让我知道了词法分析的功能是输出把它组织成单个程序，让我理解到如何设计、编制并调试词法分析程序，加深对词法分析原理的理解；对语法规那么有明确的定义；编写的分析程序可以进展正确的语法分析；对于遇到的语法错误，可以做出简单的错误处理，给出简单的错误提示，保证顺利完成语法分析过程；实验报告要求用文法的形式对语法定义做出详细说明，说明语法分析程序的工作过程，说明错误处理的实现。
通过该实验的操作，我理解编译原理课程兼有很强的理论性和理论性，是计算机专业的一门非常重要的专业根底课程，它在系统软件中占有非常重要的地位，是计算机专业学生的一门主修课。
为了让学生可以更好地掌握编译原理的根本理论和编译程序构造的根本方法和技巧，融会贯穿本课程所学专业理论知识，进步他们的软件设计才能，。
单片机c语言编译器及其应用
单片机C语言编译器及其应用一、背景介绍单片机是一种嵌入式系统的核心组成部分，广泛应用于各个领域，例如电子产品、通信设备、汽车电子等。
而单片机的编程语言有多种选择，其中C语言由于其跨平台、易学易用、高效等优势而成为最常用的编程语言之一。
为了能够将C语言程序转换为单片机可以执行的机器语言指令，需要使用单片机C语言编译器进行编译和烧录。
二、单片机C语言编译器的应用过程1. 编写C语言程序首先，需要根据实际需求，编写C语言程序。
C语言是一种高级编程语言，具有结构化、模块化的特点，能够方便地进行程序设计。
在编写程序时，需要考虑单片机的特性和限制，例如内存容量、时钟频率等，以保证程序的正确运行。
2. 选择合适的单片机C语言编译器根据单片机的型号和厂商提供的支持，选择合适的单片机C语言编译器。
市面上有许多编译器可供选择，例如Keil C51、IAR Embedded Workbench、Microchip XC8等。
选择编译器时需要考虑以下几个因素：•兼容性：编译器是否支持目标单片机的型号和指令集。
•性能：编译器是否能够生成高效的机器语言指令，提高程序的执行效率。
•开发环境：编译器是否配套提供友好的集成开发环境（IDE），方便开发和调试。
3. 编译C语言程序打开选择的单片机C语言编译器的IDE，新建一个工程，并将之前编写的C语言程序添加到工程中。
通过编译器的编译功能，将C语言程序转换为单片机可以执行的机器语言指令。
编译过程中，编译器会进行词法分析、语法分析、语义分析等操作，然后生成目标文件（通常是以.hex或.bin格式存储）。
4. 烧录目标文件到单片机完成编译后，需要将生成的目标文件烧录到目标单片机中。
烧录过程可以通过多种方式完成，例如串口下载、并口下载、仿真器等。
烧录后，单片机就可以执行C语言程序了。
三、单片机C语言编译器的应用效果通过单片机C语言编译器，我们可以将高级的C语言程序转换为单片机可以执行的机器语言指令，从而实现对单片机的编程和控制。
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C语言编译器的设计与实现01计算机4班18号任春妍2号陈俊我们设计的编译程序涉及到编译五个阶段中的三个，即词法分析器、语法分析器和中间代码生成器。
编译程序的输出结果包括词法分析后的二元式序列、变量名表、状态栈分析过程显示及四元式序列程序，整个编译程序分为三部分：(1) 词法分析部分(2) 语法分析处理及四元式生成部分(3) 输出显示部分一．词法分析器设计由于我们规定的程序语句中涉及单词较少，故在词法分析阶段忽略了单词输入错误的检查，而将编译程序的重点放在中间代码生成阶段。
词法分析器的功能是输入源程序，输出单词符号。
我们规定输出的单词符号格式为如下的二元式：(单词种别，单词自身的值)#define ACC -2#define syl_if 0#define syl_else 1#define syl_while 2#define syl_begin 3#define syl_end 4#define a 5#define semicolon 6#define e 7#define jinghao 8#define s 9#define L 10#define tempsy 11#define EA 12#define EO 13#define plus 14#define times 15#define becomes 16#define op_and 17#define op_or 18#define op_not 19#define rop 20#define lparent 21#define rparent 22#define ident 23#define intconst 241．读取函数readline( )、readch( )词法分析包含从源文件读取字符的操作，但频繁的读文件操作会影响程序执行效率，故实际上是从源程序文件”source.dat ”中读取一行到输入缓冲区，而词法分析过程中每次读取一个字符时则是通过执行readch( )从输入缓冲区获得的；若缓冲区已被读空，则再执行readline( )从source.dat 中读取下一行至输入缓冲区。
2．扫描函数scan( )扫描函数scan( )的功能是滤除多余空格并对主要单词进行分析处理，将分析得到的二元式存入二元式结果缓冲区。
3．变量处理find（）变量处理中首先把以字母开头的字母数字串存到spelling[ ]数组中，然后进行识别。
识别过程是先让它与保留关键字表中的所有关键字进行匹配，若获得成功则说明它为保留关键字，即将其内码值写入二元式结果缓冲区；否则说明其为变量，这时让它与变量名表中的变量进行匹配（变量匹配函数find （）），如果成功，则说明该变量已存在并在二元式结果缓冲区中标记为此变量（值填为该变量在变量名表中的位置），否则将该变量登记到变量名表中，再将这个新变量存入二元式缓存数组中。
4．数字识别number( )数字识别将识别出的数字填入二元式结果缓存数组。
5．显示函数显示函数的功能在屏幕上输出词法分析的结果（即二元式序列程序），同时给出二元式个数及源程序行数统计。
二．语法分析器设计语法分析器的核心是三张SLR 分析表以及针对这三张SLR 分析表进行语义加工的语义动作。
编译程序中语法分析处理及四元式生成部分主要是以二元式作为输入，并通过SLR 分析表对语法分析处理过程进行控制，使四元式翻译的工作有条不紊的进行，同时识别语法分析中的语法错误。
在处理if 和while 语句时，需要进行真值或假值的拉链和返填工作，以便转移目标的正确填入。
1. 控制语句的SLR 分析表1 设计过程如下：将扩展文法G’0）S’→ S1）S → if e S else S2）S → while e S3）S → { L }4）S → a;5）L → S6）L → SL用∈_CLOSURE方法构造LR(0)项目规范簇为：I0：S’→·SS →·if e S else SS →·while e SS →·{ L }S →·a ;I2: S → if·e S else SI3: S → while ·e SI4: S → {·L}L →·SL →·SLS →·if e S else SS →·while e SS →·{ L }S →·a ;I5: S → a·;I6: S →if e ·S else SS →·if e S else SS →·while e SS →·{ L }S →·a ;I7: S→ while e ·SS →·if e S else SS →·while e SS →·{ L }S →·a ;I8: S →{ L·}I9: L →S·L → S·LL →·SLL →·SS →·if e S else SS →·while e SS →·{ L }S →·a ;I10: S → a ; ·I11: S → if e S ·else SI12: S → while e S·I13: S → { L }·I14: S → SL ·I15: S → if e S else SS →·if e S else SS →·while e SS →·{ L }S →·a ;I16: S →if e S else S ·构造文法G’中非终结符的FOLLOW集如下：1）FOLLOW(S’) = { # }2）S → if e S else S得FOLLOW(S) = { else }S → { L } 得FOLLOW(L) = { } }3) S’→ S 得FOLLOW(S) = {else , #}L → S 因为FIRST(S) = { { }，所以FOLLOW(S) = {else , #, { }在ＬＲ（０）项目规范簇中，只有Ｉ9有“移进――归约”冲突，L →S·L → S·L因为FOLLOW(L) ∩FIRST(L) = ∮所以可以用ＳＬＲ方法解决以上冲突，最后我们得到的ＳＬＲ分析static int action[20][11]=/* 0 */{{ 2, -1, 3, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 1, -1},/* 1 */ { -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,ACC, -1, -1},/* 2 */ { -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 6, -1, -1, -1},/* 3 */ { -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 7, -1, -1, -1},/* 4 */ { 2, -1, 3, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 9, 8},/* 5 */ { -1, -1, -1, -1, -1, -1, 10, -1, -1, -1, -1},/* 6 */ { 2, -1, 3, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 11, -1},/* 7 */ { 2, -1, 3, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 12, -1},/* 8 */ { -1, -1, -1, -1, 13, -1, -1, -1, -1, -1, -1},/* 9 */ { 2, -1, 3, 4,105, 5, -1, -1, -1, 9, 14},/* 10*/ { -1,104, -1, -1,104, -1, -1, -1,104, -1, -1},/* 11*/ { -1, 15, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},/* 12*/ { -1,102, -1, -1,102, -1, -1, -1,102, -1, -1},/* 13*/ { -1,103, -1, -1,103, -1, -1, -1,103, -1, -1},/* 14*/ { -1, -1, -1, -1,106, -1, -1, -1, -1, -1, -1},/* 15*/ { 2, -1, 3, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 16, -1},/* 16*/ { -1,101, -1, -1,101, -1, -1, -1,101, -1, -1}};其中，前9 列为action 值，后2 列为goto 值；0～16 表示17 个移进状态（即Si）；-1表示出错；ACC 表示分析成功；而100～106 对应7 个归约产生式：100S’→ S101S → if e S else S102S → while e S103S → { L }104S → a;105L → S106L → SL2. 算术表达式的LR 分析表2 设计如下：0)S’→ E1) E → E+E2) E → E*E3) E → (E)static int action1[10][7]=/* 0 */ {{ 3, -1, -1, 2, -1, -1, 1},/* 1 */ { -1, 4, 5, -1, -1,ACC, -1},/* 2 */ { 3, -1, -1, 2, -1, -1, 6},/* 3 */ { -1,104,104, -1,104,104, -1},/* 4 */ { 3, -1, -1, 2, -1, -1, 7},/* 5 */ { 3, -1, -1, 2, -1, -1, 8},/* 6 */ { -1, 4, 5, -1, 9, -1, -1},/* 7 */ { -1,101, 5, -1,101,101, -1},/* 8 */ { -1,102,102, -1,102,102, -1},/* 9 */ { -1,103,103, -1,103,103, -1}};3.布尔表达式的SLR 分析表3 设计如下：（过程略）1)S’→ B2) B → i3) B → i rop i4) B → ( B )5) B → ! B6) A → B &&7) B → AB8)O → B ||static int action2[16][11]=/* 0 */ {{ 1, -1, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 13, 7, 8}, /* 1 */ { 1, 2, -1,101, -1,101,101,101, -1, -1, -1}, /* 2 */ { 3, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1},/* 3 */ { -1, -1, -1,102, -1,102,102,102, -1, -1, -1},/* 4 */ { 1, -1, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 11, 7, 8}, /* 5 */ { 1, -1, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 6, 7, 8}, /* 6 */ { -1, -1, -1,104, -1, 9, 10,104, -1, -1, -1},/* 7 */ { 1, -1, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 14, 7, 8}, /* 8 */ { 1, -1, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 15, 7, 8}, /* 9 */ {105, -1,105, -1,105, -1, -1, -1, -1, -1, -1},/*10 */ {107, -1,107, -1,107, -1, -1, -1, -1, -1, -1},/*11 */ { -1, -1, -1, 12, -1, 9, 10, -1, -1, -1, -1},/*12 */ { -1, -1, -1,103, -1,103,103,103, -1, -1, -1},/*13 */ { -1, -1, -1, -1, -1, 9, 10,ACC, -1, -1, -1},/*14 */ { -1, -1, -1,106, -1, 9, 10,106, -1, -1, -1},/*15 */ { -1, -1, -1,108, -1, 9, 10,108, -1, -1, -1}};LR 分析表控制语义加工的实现：当扫描LR 分析表的当前状态为归约状态时，则在调用与该状态对应的产生式进行归约的同时，调用相应的语义子程序进行有关的翻译工作。