编译器综合课程设计2014夏.doc

编译器综合课程设计任务书计算机科学系2014.6一、设计目的与要求1.设计目的本次课程设计的时间为夏季小学期的4周，目的是通过构造一个完整的编译器，融汇贯通编译器的各个阶段：词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、目标代码生成和代码优化等，使学生进一步了解和掌握编译程序构造的基本原理、技术和工具，同时培养学生计算思维和系统编程的能力，从而提高学生的综合能力。2.要求课程设计题目见“主要内容”，学生可以选择其中一个编译器进行实现。编程语言可选择C/C+或者Java,要求有用户图形界面，输入从文件读，输出存储在文件中。编译器生成后可以直接从源文件得到目标文件，也可以分别各个阶段的中间结果显示出来。每个学生要在规定时间内独立完成，通过测试并提交实验源代码、测试程序和实验报告。实验报告要求实验报告提交打印稿一份（A4幅面），内容如下： 实验名称、实验目的、实验步骤和内容（含系统功能模块图）、测试情况及结果、心得体会。注：实验报告电子版和程序清单（含源程序、测试用例及结果，源程序中主要变量和函数要求加注释）二、主要内容选题说明：可以从下列题目中任选一题。1. C-编译器设计 根据编译原理及实践附录A编译器设计方案，设计并实现C-编译器。提示：l 可在tiny编译器和TM虚拟机基础上进行修改l Tiny编译器及TM虚拟机的源代码在课程中心和编译原理及实践作者的主页可下载。l 使用递归下降分析方法时，可用EBNF先将文法改写为LL（1）文法。2. 改进型tiny编译器设计 对编译原理及实践中的tiny编译器进行改进，添加以下内容：（1） 数据类型，如：integer，float，boolean，char，string等；（2） 数组或结构体；（3） 函数。提示：l 添加数据类型和数组时可能需要考虑符号表l 添加函数时可能需要考虑符号表和运行时环境3. 改进型PL0编译器设计 根据参考文献1及课程中心上实验二提供的参考资料PL0编译器的实现文档.doc和PL0编译器设计与实现（参考）.doc（含PL0源代码及说明），对PL0编译器进行改进，添加以下内容：（1） 数据类型或类；（2） 语句4.自选编译器，要求含表达式、常用控制流语句、语句序列、数据类型和函数。三、参考文献1陈火旺,刘春林,谭庆平,赵克佳,刘越编著.程序设计语言编译原理（第三版）.北京：国防工业出版社，20012Kenneth C.Louden著,冯博琴等译.编译原理及实践.北京：机械工业出版社，20003Jobn Levine著、陆军译.flex与bison(中文版).南京：东南大学出版社，2011 4Alfred V.Aho,Ravi Sethi,Jeffrey D.Ullman著,赵建华,郑滔,戴新宇译.编译原理第2版.北京：机械工业出版社,2009年5月附录一、C惯用的词法1. 下面是语言的关键字：else if int return void while所有的关键字都是保留字，并且必须是小写。2. 下面是专用符号：+ - * / = = != = ; , ( ) /* */3. 其他标记是I D和N U M，通过下列正则表达式定义：ID = letter letter*NUM = digit digit*letter = a|.|z|A|.|Zdigit = 0|.|9小写和大写字母是有区别的。4. 空格由空白、换行符和制表符组成。空格通常被忽略，除了它必须分开I D、N U M关键字。5. 注释用通常的C语言符号/ * . . . * /围起来。注释可以放在任何空白出现的位置(即注释不能放在标记内)上，且可以超过一行。注释不能嵌套。二、C的语法和语义C的B N F语法如下：1. p ro g r a m d e c l a r a t i o n - l i s t2. d e c l a r a t i o n - l i s t d e c l a r a t i o n - l i s t d e c l a r a t i o n | d e c l a r a t i o n3. d e c l a r a t i o n v a r- d e c l a r a t i o n | f u n - d e c l a r a t i o n4. v a r- d e c l a r a t i o n t y p e - s p e c i f i e r I D ; | t y p e - s p e c i f i e r I D N U M ;5. t y p e - s p e c i f i e r i n t | v o i d6. f u n - d e c l a r a t i o n t y p e - s p e c i f i e r I D( p a r a m s ) | c o m p o u n d - s t m t7. p a r a m s p a r a m s-l i s t | v o i d8. p a r a m - l i s t p a r a m - l i s t , p a r a m | p a r a m9. p a r a m t y p e - s p e c i f i e r I D | t y p e - s p e c i f i e r I D 10. c o m p o u n d - s t m t l o c a l-d e c l a r a t i o ns s t a t e m e n t-l i s t 11. l o c a l-d e c l a r a t i o ns l o c a l-d e c l a r a t i o ns v a r- d e c l a r a t i o n | e m p t y12. s t a t e m e n t-l i s t s t a t e m e n t-l i s t s t a t e m e n t | e m p t y13. s t a t e m e n t e x p re s s i o n-s t m t | c o m p o u n d - s t m t | s e l e c t i o n - s t m t| i t e r a t i o n-s t m t | re t u r n-s t m t14. e x p re s s i o n-s t m t e x p re s s i o n ; | ;15. s e l e c t i o n - s t m t i f ( e x p re s s i o n ) s t a t e m e n t| i f ( e x p re s s i o n ) s t a t e m e n t e l s e s t a t e m e n t16. i t e r a t i o n -s t m t w h i l e ( e x p re s s i o n ) s t a t e m e n t17. re t u r n -s t m t return ;| r e t u r n e x p re s s i o n;18. e x p re s s i o n v a r = e x p re s s i o n | s i m p l e-e x p re s s i o n19. v a r I D | I D e x p re s s i o n 20. s i m p l e-e x p re s s i o n a d d i t i v e-e x p re s s i o n re l o p a d d i t i v e-e x p re s s i o n| a d d i t i v e -e x p re s s i o n21. re l o p = | | = | = = | ! =22. a d d i t i v e-e x p re s s i o n a d d i t i v e-e x p re s s i o n a d d o p t e r m | t e r m23. a d d o p + | -24. t e r m t e r m m u l o p f a c t o r | f a c t o r25. m u l o p * | /26. f a c t o r ( e x p re s s i o n ) | v a r | c a l l | N U M27. c a l l I D ( a rg s )28. a rg s a rg - l i s t | e m p t y29. a rg-l i s t a rg-list , e x p re s s i o n | e x p re s s i o n对以上每条文法规则，给出了相关语义的简短解释。1. p ro g r a m d e c l a r a t i o n - l i s t2. d e c l a r a t i o n - l i s t d e c l a r a t i o n - l i s t d e c l a r a t i o n | d e c l a r a t i o n3. d e c l a r a t i o n v a r- d e c l a r a t i o n | f u n - d e c l a r a t i o n程序由声明的列表(或序列)组成，声明可以是函数或变量声明，顺序是任意的。至少必须有一个声明。接下来是语义限制(这些在C中不会出现)。所有的变量和函数在使用前必须声明(这避免了向后b a c k p a t c h i n g引用)。程序中最后的声明必须是一个函数声明，名字为m a i n。注意，C缺乏原型，因此声明和定义之间没有区别(像C一样)。4. v a r- d e c l a r a t i o n t y p e - s p e c i f i e r I D ; | t y p e - s p e c i f i e r I D NUM ;5. t y p e - s p e c i f i e r i n t | v o i d变量声明或者声明了简单的整数类型变量，或者是基类型为整数的数组变量，索引范围从0到N UM -1。注意，在C中仅有的基本类型是整型和空类型。在一个变量声明中，只能使用类型指示符i n t。v o i d用于函数声明(参见下面)。也要注意，每个声明只能声明一个变量。6. f u n - d e c l a r a t i o n t y p e - s p e c i f i e r I D ( p a r a m s )c o m p o u n d - s t m t7. p a r a m s p a r a m - l i s t | v o i d8. p a r a m-l i s t p a r a m - l i s t , p a r a m | p a r a m9. p a r a m t y p e - s p e c i f i e r I D | t y p e - s p e c i f i e r I D 函数声明由返回类型指示符、标识符以及在圆括号内的用逗号分开的参数列表组成，后面跟着一个复合语句，是函数的代码。如果函数的返回类型是v o i d，那么函数不返回任何值(即是一个过程)。函数的参数可以是v o i d (即没有参数)，或者一列描述函数的参数。参数后面跟着方括号是数组参数，其大小是可变的。简单的整型参数由值传递。数组参数由引用来传递(也就是指针)，在调用时必须通过数组变量来匹配。注意，类型“函数”没有参数。一个函数参数的作用域等于函数声明的复合语句，函数的每次请求都有一个独立的参数集。函数可以是递归的(对于使用声明允许的范围)。10. c o m p o u n d - s t m t l o c a l-d e c l a r a t i o ns s t a t e m e n t-l i s t 复合语句由用花括号围起来的一组声明和语句组成。复合语句通过用给定的顺序执行语句序列来执行。局部声明的作用域等于复合语句的语句列表，并代替任何全局声明。11. l o c a l-d e c l a r a t i o ns l o c a l-d e c l a r a t i o ns v a r- d e c l a r a t i o n | e m p t y12. s t a t e m e n t-l i s t s t a t e m e n t-l i s t s t a t e m e n t | e m p t y注意声明和语句列表都可以是空的(非终结符e m p t y表示空字符串，有时写作。)13. s t a t e m e n t e x p re s s i o n-s t m t| c o m p o u n d - s t m t| s e l e c t i o n - s t m t| i t e r a t i o n-s t m t| re t u r n-s t m t14. e x p re s s i o n-s t m t e x p re s s i o n; |;表达式语句有一个可选的且后面跟着分号的表达式。这样的表达式通常求出它们一方的结果。因此，这个语句用于赋值和函数调用。15. s e l e c t i o n - s t m t i f (e x p re s s i o n) s t a t e m e n t| i f (e x p re s s i o n) s t a t e m e n t e l s e s t a t e m e n ti f语句有通常的语义：表达式进行计算；非0值引起第一条语句的执行； 0值引起第二条语句的执行，如果它存在的话。这个规则导致了典型的悬挂e l s e二义性，可以用一种标准的方法解决：e l s e部分通常作为当前i f的一个子结构立即分析(“最近嵌套”非二义性规则)。16. i t e r a t i o n-s t m t w h i l e (e x p re s s i o n) s t a t e m e n tw h i l e语句是C中唯一的重复语句。它重复执行表达式，并且如果表达式的求值为非0，则执行语句，当表达式的值为0时结束。17. re t u r n -s t m t return ;| r e t u r n e x p re s s i o n;返回语句可以返回一个值也可无值返回。函数没有说明为v o i d就必须返回一个值。函数声明为v o i d就没有返回值。r e t u r n引起控制返回调用者(如果它在m a i n中，则程序结束)。18. e x p re s s i o n v a r = e x p re s s i o n | s i m p l e-e x p re s s i o n19. v a r I D | I D e x p re s s i o n表达式是一个变量引用，后面跟着赋值符号(等号)和一个表达式，或者就是一个简单的表达式。赋值有通常的存储语义：找到由v a r表示的变量的地址，然后由赋值符右边的子表达式进行求值，子表达式的值存储到给定的地址。这个值也作为整个表达式的值返回。v a r是简单的(整型)变量或下标数组变量。负的下标将引起程序停止(与C不同)。然而，不进行下标越界检查。v a r表示C比C的进一步限制。在C中赋值的目标必须是左值(l - v a l u e)，左值是可以由许多操作获得的地址。在C中唯一的左值是由v a r语法给定的，因此这个种类按照句法进行检查，代替像C中那样的类型检查。故在C中指针运算是禁止的。20. s i m p l e-e x p re s s i o n a d d i t i v e-e x p re s s i o n re l o p a d d i t i v e-e x p re s s i o n| a d d i t i v e -e x p re s s i o n21. re l o p = | | = | = = |! =简单表达式由无结合的关系操作符组成(即无括号的表达式仅有一个关系操作符)。简单表达式在它不包含关系操作符时，其值是加法表达式的值，或者如果关系算式求值为t u r e，其值为1，求值为f a l s e时值为0。22. a d d i t i v e-e x p re s s i o n a d d i t i v e-e x p re s s i o n a d d o p t e r m | t e r m23. a d d o p + |