Transcript 编译原理课件 - 西安电子科技大学个人主页

编译原理上机辅导
 上机题目
 验收方式
 参考解决方案
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编译原理上机辅导
 上机题目：实现一个简单语言（Core Programming
Language，CPL）的编译器（解释器）
（或者其它自己想完成的编译器）
 功能要求：接收以CPL编写的程序，对其进行词法分
析、语法分析、语法制导翻译等，然后能够正确的执
行程序。
 目的：
 加深编译原理基础知识的理解：词法分析、语法分
析、语法制导翻译等
 加深相关基础知识的理解：数据结构、操作系统等
 提高编程能力
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 锻炼独立思考和解决问题的能力
编译原理上机辅导
 Core Programming Language（CPL）
 数据类型：整型变量（常量），布尔变量（常量）
 取值范围{…,
-2, -1, 0, 1, 2, …}, {true, false}
 运算表达式：简单的代数运算，布尔运算
 程序语句：赋值表达式，顺序语句，if-else语句，
while语句
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 语言特点：简单、易处理
 如果加入浮点数及相应的除操作，那么该语言的表
达能力相当于C, C++, JAVA等
 便于关注语言实现的本质，而不受繁冗细节的干扰
4
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 大致思路：
设计词法规则；
2. 设计语法规则；
3. 设计语义规则；
4. 编程实现。
1.
5
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验收相关：
时间：最后一次上机（初步预定）
条件：(不合条件者验收成绩默认为及格)
1. 完成CPL词法分析器；
2. 完成CPL语法分析器；
3. 完成CPL语法制导翻译；
方法：
1. 演示程序的功能；
2. 解释程序的源代码；
成绩：
验收成绩＋报告成绩(是否雷同)+奖励分
注意：可以2-3人一起做，也可以单独做，原则：每个人必须
6
自己动手
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 参考解决方案
（P97: 3.7编译器编写工具）
 基本框架
CPL
Complier
CPL程序
词法分析器
语法分析器
语义子程序
词法l文件
执行结果
CPL Compiler
C/C++编译器
(1) 手工编写
Lex
C/C++编译器
语法y文件
DBMS
Yacc
语义子程序
(2)工具生成
7
编译原理上机辅导
工具：
1.
2.
3.
编译器：Visual C++
Lex与Yacc：Parser Generator（支持C/C++/Java，带实例）
或者其他自己擅长的语言和环境
参考书：
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编译原理上机辅导
 词法分析器生成器Lex
Lex是一个词法分析器生成器，接受正规式表示的词法规则，
生成识别正规式所描述语言的源程序，不同版本的Lex支持
不同的高级语言，如C、C++、Java等。
正规式
词法分析器
输入字符序列
驱动器（算法2.1）
分析表（DFA）
人工编写
NFA
记号流
DFA
Lex转化
最小化DFA
分析表+驱动器
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利用Lex构造词法分析器：实质为如何设计正规式和语义动作
Lex源程序*.l(三段式)：
[定义
C声明
辅助定义正规式
]
%%
规则
词法规则正规式
语义动作(C代码)
[%%
用户子程序
C源程序
]
*.l
lex.yy.c
编编
Lex编 编 编
lex.yy.c
C编 编 编
EXE
EXE
编编编
注意：不同版本的Lex生成的
文件不同
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编译原理上机辅导
Lex源程序*.l(三段式)：
[定义
C声明
辅助定义正规式
]
%%
规则
词法规则正规式
语义动作(C代码)
[%%
用户子程序
C源程序
]
lex.yy.c结构：
(1)声明的C语言部分
(2)词法分析表
(3)词法分析驱动器(yylex())
(4)用户定义子程序
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实例：标识符数字识别器
基本步骤：
1. 安装Parser Generator、Visual C++；
2. 分别配置Parser Generator、Visual C++；
3. 使用Parser Generator创建一个工程number

编写l文件mylexer.l；

编译mylexer.l，生成mylexer.h与mylexer.c；
4. 使用VC++创建Win32 Console Application工程number

配置该项目；

加入mylexer.h与mylexer.c，编译工程；

执行标识符数字识别器；
注意：每次修改l文件后，需要重新编译l文件，再重新编译
VC工程
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mylexer.l源代码：
//声明部分
%{
#define ID 0
#define NUMBER 1
%}
//C声明：记号类别
将来在Yacc中使用下列语句代替：
%Token ID NUMBER
char [a-zA-Z]
digit [0-9]
//辅助定义正规式
digits
{digit}+
optional_fraction
(.{digits})?
optional_exponent (E[+-]?{digits})?
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%%
//词法规则正规式
{char}({char}|{digit})*
{ printf("识别标识符%s：长度为%d\n", yytext, yyleng);
//语义动作：C代码
return ID;
}
{digits}{optional_fraction}{optional_exponent}
{printf(“识别数字%s：长度为%d\n", yytext, yyleng);
return NUMBER;
yytext，yyleng：全局变量，用来存放识
}
别出的输入序列，由词法分析器自动填写
%%
int main(void)
//C源程序
{
printf("词法分析成功，返回记号类别为%d\n", yylex());
}
yylex()：词法分析驱动器，根据语法规则
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返回记号的类别，如ID、NUMBER等。
编译原理上机辅导
执行结果：每次输入一个字符串，输出识别结果
注意：将来Yacc自动调用yylex()返回一个记号
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编译原理上机辅导
 Flex， Bison
 http://www.360doc.com/content/11/0709/09/865714_
132472615.shtml
… …
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相关内容回顾
 自上而下的分析
 递归调用子程序
 非递归预测分析器
3.5 自下而上语法分析
 自上而下分析的方法是产生语言的自然过程。
 对于分析语言来讲，自下而上分析的方法更自然，因为语
法分析处理的对象一开始都是终结符组成的串，而不是文
法的开始符号。
 同时，自下而上分析中最一般的方法，LR方法的能力比自
上而下分析的LL方法要强，从而使得LR分析成为最为实
用的语法分析方法。
 两种主要的自下而上分析方法：
① 算符优先分析(不讨论)
② LR分析
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3.5 自下而上语法分析
 自下而上分析的基本方法
思路：从句子ω开始，从左到右扫
描ω，反复用产生式的左部替换产
生式的右部、谋求对ω的匹配，最
终得到文法的开始符号，或者发
现一个错误。
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3.5 自下而上语法分析
 例 S  aABe
A  Abc | b
Bd
3.5 自下而上语法分析
 例 S  aABe
A  Abc | b
Bd
abbcde（读入a）
a
3.5 自下而上语法分析
 例 S  aABe
A  Abc | b
Bd
abbcde（再读入b）
a
b
3.5 自下而上语法分析
 例 S  aABe
A  Abc | b
Bd
abbcde
aAbcde（归约:A  b）
A
a
b
3.5 自下而上语法分析
 例 S  aABe
A  Abc | b
Bd
abbcde
aAbcde（再读入b）
A
a
b
b
3.5 自下而上语法分析
 例 S  aABe
A  Abc | b
Bd
abbcde
aAbcde（再读入c）
A
a
b
b
c
3.5 自下而上语法分析
 例 S  aABe
A  Abc | b
Bd
abbcde
aAbcde
aAde（归约A  Abc ）
A
A
a
b
b
c
3.5 自下而上语法分析
 例 S  aABe
A  Abc | b
Bd
abbcde
aAbcde
A
aAde（再读入d）
A
a
b
b
c
d
3.5 自下而上语法分析
 例 S  aABe
A  Abc | b
Bd
abbcde
aAbcde
A
aAde
aABe（归约B  d ）
a
B
A
b
b
c
d
3.5 自下而上语法分析
 例 S  aABe
A  Abc | b
Bd
abbcde
aAbcde
A
aAde
aABe(再读入e)
B
A
a
b
b
c
d
e
3.5 自下而上语法分析
 例 S  aABe
A  Abc | b
Bd
abbcde
aAbcde
S
A
aAde
aABe
S（归约S  aABe ）
a
B
A
b
b
c
d
e
3.5 自下而上语法分析
 例 S  aABe
A  Abc | b
Bd
abbcde
aAbcde
S
A
aAde
aABe
S
B
A
a
b
b
c
d
S rm aABe rm aAde rm aAbcde rm abbcde
e
若存在S =*>αAδ，A=+>β，则称β是句型αβδ相对于A的短
语，3.5 自下而上语法分析
规范规约与“剪句柄”
定义3.13 设αβδ是文法G的一个句型，若存在S =*>αAδ，
A=+>β，则称β是句型αβδ相对于A的短语，特别的，若 有
A→β，则称β是句型αβδ相对于产生式A→β的直接短语。
一个句型的最左直接短语被称为句柄。
1.
直观上，句型是一个完整结构，短语是句型中针对某非终
结符的局部。因此，开始符号S是句型而不是短语。
短语形成的两个要素：
① 从S可以推导出A，即S=*>αAδ；
② 从A至少一次推导出β，即A=+>β。
32
若存在S =*>αAδ，A=+>β，则称β是句型αβδ相对于A的短
语 3.5 自下而上语法分析
[例3.25] 文法、分析树与短语
文法： E→E+T|T
E1
T→T*F|F
E2
+
T1
F→id
句型：id1+id2*id3
分析树(非终结符编 T2 T3 * F2
号是为了说明方便)
F1
F3
id3
短语： id1+id2*id3
(E1)
id1+id2*id3是句型
id1+id2*id3相对于E1的短语
短语： id2*id3 (T1)
id2*id3是句型id1+id2*id3相
对于T1的短语
短语： id1
(E2, T2, F1)
id1是句型id1+id2*id3相对于E2，
T2，F1的短语
id1
直接短语：id1 (F1)
id2 (F3)
id3 (F2)
句柄：
id1 (F1)
id2
短语： id2
(T3, F3)
id2是句型id1+id2*id3相对于T3，
F3的短语
短语： id3
(F2)
id3是句型id1+id2*id3相对于F2
的短语
33
一个句型的最左直接短语被称为句柄。
3.5 自下而上语法分析
定义3.14 若 α是文法G的句子且满足下述条件，则称序列αn，
αn-1，...，α0是α的一个最左归约。
1. αn=α
2. α0=S（S是G 的开始符号）
3. 对任何i(0<i<=n)，αi-1是将αi中句柄替换为相应产生式
左部非终结符得到的。
[例3.26]文法(1) S→aABe (2) A→b (3) A→Abc (4) B→d
对句子abbcde的最左归约：
（2）
（3） （4）
（1）
abbcde <= aAbcde <= aAde <= aABe <= S
an
a0
问题：如何直观地看出句柄并进行归约？
提示：最左归约的逆过程是一个最右推导（分别称最右推导和最左
归约为规范推导和规范归约。）
34
3.5 自下而上语法分析
文法(1) S→aABe (2) A→b (3) A→Abc
句子：abbcde最右推导
S
S
a
A
B
e a
A
b c
d
A
A
B
e
b c
d
a
S
S
S
(2) A→b
b
(4) B→d
A
B
a
e
d
(3) A→Abc
A
B
e
(4) B→d
(1) S→aABe
句子：abbcde最左规约（剪句柄）
S
S
a
A
B
A
b c
d
b (2) A→b
e
a
A
B
A
b c
d
e
(3) A→Abc
a
A
S
S
S
B
e
a
A
B
e
d
(4) B→d
35
(1) S→aABe
3.5 自下而上语法分析
从分析树上直观地看，“剪句柄”的方法十分简单。
但是在若干语法分析器中实现剪句柄，有两个问
题需要解决：
① 确定右句型中将要归约的子串（确定句柄）；
② 确定如何选择正确的产生式进行归约。
移进-归约：用一个栈“记住”将要归约句柄的前缀，
句柄未形成前移进（动作），形成后归约（动 36
作）。
3.5 自下而上语法分析
 移进-规约分析器（数学模型：下推自动机）
移进-归约分析器与
预
输入记号流
测分析器工作模式完
ip
全相同：仍然以格局
符
的变化为反应。格局
驱动器
top
输出
号
的形式仍然是（栈、
状
剩余输入，动作）。
态
移进-归约
分析从某个初始格局开始，
栈
分析表
经过一系列的格局变化，
(a) 移进－规约分析器模型 达到接收格局，表明分
析成功；或者达到出错
格局，表明发现语法错误。
3.5 自下而上语法分析
2.
移进-归约分析器与预测分析器工作模式完全相同
输入记号流
ip
top
符
号
状
态
栈
驱动器
输入记号流
ip
输出
移进-归约
分析表
(a) 移进－规约分析器模型
移进-归约分析器：
1. 分析方法：格局与格局变换
2. 分析表
3. 驱动器（模拟算法）
4. LR（文法、语言、分析器）
5. SLR分析表的构造
符
top
号
栈
驱动器
输出
预测分析表
(b) 预测分析器模型
预测分析器：
1. 分析方法：格局与格局变换
2. 分析表
3. 驱动器（模拟算法）
4. 预测分析表的构造
5. LL（文法、语言、分析器）38
3.5 自下而上语法分析
输入记号流
ip
top
符
号
状
态
栈
驱动器
输出
对照预测分析：
① 匹配终结符（弹出）
② 最左推导（展开非终结符）
移进-归约
分析表
工作方法：放幻灯，每个幻灯片是一个格局。
格局：（#栈，当前剩余输入#，改变格局的动作）
改变格局的动作：
① 移进(shift)：输入序列中的终结符进栈。(匹配终结符)
② 归约(reduce)：将栈顶句柄替换为对应非终结符(最左归约)。
③ 接受(accept)：宣告分析成功。
④ 报错(error)：发现语法错误，调用错误恢复例程。
39
3.5 自下而上语法分析
(1)S→aABe (2)A→b
[例3.27] 用移进-归约方法分析abbcde：
abbcde<=aAbcde<=aAde<=aABe<=S
(3)A→Abc (4)B→d
栈
剩余输入
改变格局的动作
#
abbcde#
移进
结论：
#a
bbcde#
移进
1. 句柄总是在栈顶形成(最左归
#ab
bcde#
归约，(2)A→b
约)。
#aA
bcde#
移进
2. 栈中保留的总是一个右句型
#aAb cde#
移进
的前缀(加上若干终结符形成
#aAbc de#
归约，(3)A→Abc
句型)，称为活前缀；
#aA
de#
移进
3. 最左归约是逻辑上从下到上
#aAd e#
归约，(4)B→d
构造一棵分析树，或从下到
#aAB e#
移进
上为分析树剪句柄。
#aABe #
归约，(1)S→aABe
#S
#
接受
需要解决的问题： （由分析表确定）
① 如何保证栈中总是活前缀 (指导移进)
40
② 如何确定栈顶已经形成句柄并选择正确的产生式进行归约(指导归约)
总结
 自下而上分析：归约、短语、直接短语、句柄、规范(最左)
归约
 规范归约的直观表示：剪句柄
 移进－归约分析工作模式：格局与格局变换
41
作业
 P137：3.15, 3.16