编译原理实践报告

DO-WHILE循环语句的翻译程序设计（递归下降法、输出三地址表示）

1系统描述

1.1实践题目

对循环语句do { 赋值语句} while( 布尔表达式);的翻译程序设计。

1.2实践目的

通过设计、编制、调试一个复合语句的语法及语义分析程序，加深对计算机高级编程语言语法及语义分析方法原理的理解，同时逆向掌握高级编程语言的定义，灵活使用高级程序语言。

1.3实践内容及要求

对选定的复合语句：

（1）按选定的不同题目写出符合自身编译分析方法要求的文法和属性文法。（2）按选定的题目给出采用的分析方法的思想及分析表设计。

（3）给出选定的语法成分的中间代码序列的结构设计。

（4）完成相应的词法分析、语法分析和语义分析程序设计。

（5）编制好翻译程序后，设计若干用例，上机测试并通过所设计的分析程序。2文法及属性文法的描述

2.1文法的描述

文法是对语言结构的定义与描述。即从形式上用于描述和规定语言结构的称为“文法”（或称为“语法”）。我们通过建立一组规则（产生式），来描述句子的语法结构。规定用“::=”表示“由……组成”。因此所谓文法是在形式上对句子结构的定义与描述，而未涉及语义问题。

通过对题目的分析，我们需要调用递归调用的自顶向下的分析方法来对文法

进行语法分析，而递归调用的分析方法对文法也有限制。其一是任一非终结符B 都不是左递归的，否则会产生死循环。其二是对A的任意两个右部βi , βj ,有：select(A→βi)∩ select(A→βj)=φ。

综上所述，我们设计了关于循环语句do { 赋值语句} while( 布尔表达式);的文法：

S->do{L}while(P);

L->AL|ξ

A->id=E1;

E1->T1E

E>+T1E|-T1E|ξ

T1->FT

T->*FT|/FT|ξ

F->id|(E1)

P->E1 op E1

2.2属性文法的描述

属性文法是在上下文无关文法的基础上，为每个文法符号(终结符或非终结符)配备若干相关的“特性”（称为属性）。这些属性代表与文法符号相关信息，例如它的类型、值、代码序列、符号表内容等等。属性与变量一样，可以进行计算和传递。属性加工的过程即是语义处理的过程。一个属性文法包含一个上下文无关文法和一系列语义规则，这些语义规则附在文法的每个产生式上。

综上所述，在之前设计的上下文无关文法的基础上，设计了循环语句的属性文法：

3语法分析方法描述

不确定的自顶向下分析法，也就是带回溯的自顶向下分析法。带回溯的自顶向下分析是一个试探过程，当分析不成功是则推翻分析退回到适当位置再重新试探其余候选可能的推导。这样需要记录推导每步所选过的产生式，直到把所有可能的推导序列都试空仍不成功才能确定输入串是不是该文法的句子而报错。在程序语言的语法定义中有许多采用递归定义。我们在对它进行语法分析时，编制的处理程序也采取递归的方式，可使其结构简单易读。

递归下降法的主要思想是：对每个非终结符按其产生式结构写出相应语法分析子程序。因为文法递归相应子程序也递归，子程序的结构与产生式结构几乎一致。所以称此种方法称为递归子程序法或递归下降法。

根据设计的循环语句的文法我需要将文法中的非终结符（S、L、A、E1、E、T1、T、F、P）编写出对应的语法分析子程序。如下：

S的子程序：

If char ? select(S->do{L}while(P);) then ξ(“do{”); ξ(L);ξ(“} while(”);ξ(P);ξ(“);”)

else error

L的子程序：

If char ? select(L->AL) then ξ(A); ξ(L);

else if char ? select(L->ε) then READ(char)

else error

A的子程序：

If char ? select(A->id=E1;) then ξ(“id=”); ξ(E1); ξ(“;”);

else error

E1的子程序：

If char ? select(E1->T1E) then ξ(T1); ξ(E);

else error

E的子程序：

If char ? select(E>+T1E) then ξ(“+”);ξ(T1); ξ(E);

else if char ? select(E>-T1E) then ξ(“-”); ξ(T1); ξ(E);

else if char ? select(E->ε) then READ(char)

else error

T1的子程序：

If char ? select(T1->FT) then ξ(F); ξ(T);

else error

T的子程序：

If char ? select(T->*FT) then ξ(“*”);ξ(F); ξ(T);

else if char ? select(T->/F T) then ξ(“/”); ξ(F); ξ(T);

else if char ? select(T->ε) then READ(char)

else error

F的子程序：

If char ? select(F->id) then ξ(id);

else if char ? select(F->(E1)) then ξ(“(”); ξ(E1); ξ(“)”);

else error

P的子程序：

If char ? select(P->E1 op E1) then ξ(E1); ξ(op); ξ(E1);

else error

4中间代码形式的描述及中间代码序列的结构设计4.1中间代码形式的描述

中间代码（语言）是一种特殊结构的语言，编译程序所使用的中间代码有多种形式。按其结构分常见的有逆波兰式（后缀式）、三地址代码（三元式、四元式）和树形表示（抽象语法树）、DAG表示。根据题目要求需将循环语句do { 赋值语句} while( 布尔表达式);转换成三地址形式的中间代码形式。

三地址代码的一般形式为：x := y op z 常用的三地址表示有：

赋值语句：x := y op z，x := op y，x := y

无条件转移：goto L

条件转移：if x relop y goto L

过程调用：param x 和call p , n

过程返回：return y

索引赋值：x := y[i]和x[i] := y

地址和指针赋值：x := &y，x := y和 x := y

4.2中间代码序列的结构设计

根据上述的关于三地址中间代码的概念与定义，我们就可以将循环语句do { 赋值语句} while( 布尔表达式);翻译成合法的中间代码，举例如下：

例子：do { a2=m+5; a1=3+s;}while(a>3);

翻译的三地址：0 t0=m+5

1 a2=t0

2 t2=3+s

3 a1=t2

4 if a>3 goto 0

5 goto out

5编译系统的概要设计

5.1系统结构

循环语句的编译系统主要有五部分组成，分别是：词法分析、语法分析、语义分析及中间代码生成、中间代码优化和目标代码生成。因此将整个翻译过程分这些阶段实现。

定义保存单词数组：

struct Note

{

string word; //存放单词

int syn; //存放单词属性

};

5.2词法分析

循环语句do { 赋值语句} while( 布尔表达式);的词法分析器将要完成以下工作：

（1）跳过分隔符（如空格，回车，制表符）；

（2）识别诸如do，while,case,return等保留字；

（3）识别非保留字的一般标识符，此标识符值（字符串）赋给保存已识别单词数组Token[i]的word属性，而单词属性“1”赋值给数组Token[i]的syn属性。

（4）识别数字序列，将数字序列（字符串）赋给保存已识别单词数组Token[i]的word属性，而单词属性（小数为6，指数为7，整数为2）赋值给数组Token[i]的syn属性。

（5）识别==，<=，>=之类的比较符号，并将符号保存到Token数组，syn为8。（6）识别+，-，*，/等运算符，同样保存在Token数组中，syn为3。

5.3语法分析

我们采用递归下降的方法来分析循环语句。以下就是我们给出该语言的FOLLOW集合：

在得到了个产生式的select集后就调用初始非终结符的子程序，最后在main函数中初始非终结符的子程序返回bool值，为假则输出“语句不符合文法”；为真则判断下一个单词是否是“#”，是则输出“语句是符合文法的”，反之则“语句是不符合文法的”。调用初始非终结符的子程序如下：

int index=0;

if(S(Token,index))

{

if(Token[index].word=="#")

{

cout<<"此句子符合do while文法"<

}

else

cout<<"此句子不符合do while文法"<

}

else

cout<<"此句子不符合do while文法"<

5.4中间代码生成

根据属性文法调整每个非终结符的子程序，一边进行语法分析，一边进行中间代码的生成。最后得到的结果如果成功则不就输出“语句是符合文法的”而且输出

对应的三地址代码，如果分析失败则输出“语句不符合文法”而且输出对应的三地址代码知道分析出错误的地方。

6详细的算法描述

7软件的测试方法和测试结果

7.1测试方法

通过创建一个txt文件，再在文件中输入一个循环语句do { 赋值语句} while( 布尔表达式);的句子并以“#”号结尾。再运行设计好的循环语句的翻译程序，在显示屏幕上输入创建好的txt文件的路径，通过观察屏幕上输出的词法分析过程和中间代码的输出测试翻译程序是否能成功的完成词法分析，语法分析以及中间代码生成的功能。

7.2测试结果

测试用例：do { a2=m+5; a1=3+s;}while(a>3);

输入保存有循环语句do { 赋值语句} while( 布尔表达式);的句子并以“#”号结尾的txt文件的路径。

成功打开文件，并将测试用例中所有的单词都准确的识别出来。“1”是代表标识符，“2”是代表整数，“3”是代表运算符形如+、-、*、/、=等，“4”是代表界符形如（，），{，}，；等，“5”是代表关键字形如do、while等等，“6”是代表小数，“7”是代表指数，“8”是代表比较符形如>、<、==等等，“0”是代表“#”。

成功的将测试用例翻译成格式正确的三地址中间代码，并调用递归下降分析法顺利对语句进行了语法分析。

8收获与体会

8.1评价

这次的课内实践完成题目要求，对DO_WHILE语句用递归下降法进行语法分析，最后输出三地址这一中间代码。本次实践总共实现了词法分析、语法分析、语义分析这三个过程。词法分析能对输入的标识符，关键字、界符、运算符和数字进行识别，并保存下来作为语法分析的输入。语法分析采用递归下降法分析，一步一步由子程序递归实现，完成语法分析。语义分析是在属性文法的基础上边进行语法分析得出的。总体来了，完成了要求的功能。同时也存在的不足的地方，比如递归下降法的分析过程运行时不能实时显示出来，所以对于最后结果只能提示语法分析成功或是不成功。本次实践的do_while语句文法与高级语言还有一定的差距，实现的是简单的do_while语句翻译解释程序，还需进一步改进。以后也将进一步学习编译相关的内容，不断提升自己的能力。

8.2收获与体会

这次的实践是对我们的一种全面综合训练，是与课堂听讲、自学和练习相辅相成的必不可少的一个学习方式。通常，设计题中的问题比平时的练习题要复杂困难一些，但对我们的锻炼与提高也更加全面一些。不仅加深了我们对编译程序的理解以及其功能的重要性的体会，而且锻炼了我们用编程语言实现编译器功能的方法与技巧。这次课程设计也是要求我们能进一步巩固课堂上所学的理论知识，深化理解和灵活掌握教学内容，选择合适的数据逻辑结构表示问题，然后编制算法和程序完成设计要求，从而进一步培养我们独立思考问题、分析问题、解决实际问题的动手能力。

在这次的课内实践中为了实现编译器的功能，我们遇到了许多的难题比如如何扫描停止判断这次扫描的单词属性，我们在经过思考后根据不同的单词的不同特点如在扫描到第一个字符是字母时继续扫描直到特殊符号像界符、比较符等停止扫描，归为一个属性为标识符的单词。而正是在通过自己的思考解决问题的过程中锻炼了我们主动思考，不为困难的毅力，又提高了我们以计算机思维解决问题的能力。

9参考文献

[1]王生原、董渊、张素琴、吕映芝.编译原理（第3版）[M].北京：清华大学出版社，2015

[2]胡伦骏.编译原理（第2版）[M].电子工业出版社，2012,.01

[3]胡元义、邓亚玲、胡英.编译原理实践教程[M].西安电子科技大学出版社，2002.01

[4]王雷、刘志成、周晶.编译原理课程设计[M].机械工业出版社，2005,03

[5]张菁.编译原理与实践[M].清华大学出版社，2007.06