HinM_COMPILER_cale计划和实现

HinM_COMPILER_cale项目的计划和实现

HinM_COMPILER_cale项目是在学习编译原理的时候结合实际写出的子项目，这里讨论的是用编译的思想来实现一个高效能的计算器。

项目分为两个部分，一个是采用DFA的方式生成一个简单的四则运算的计算器。第二个部分是结合使用yacc和lex生成一个复杂的计算器。项目实现时间计划为一个星期。（2008-6-16—2008-6-22）

一个采用DFA的方式生成的简单的四则运算的计算器

这个项目我的实现参考了别人的例子，所以还是比较顺利的。

DFA的意思就是有穷自动机，是词法分析的内容，其实用词法分析的方法编写这个程序对于我自己来说教益非常大，可以说获得了智慧。我感觉如果我们把机器的状态用更加形式化的方法表示出来，将更容易控制。这个简单的，只可以处理四则运算的计算器的DFA如下：

态涵涵盖了简单的四则运算计算器可能出现的所有状态，首先能够在头脑中将所有的状态思考出来，然后用图表或其它抽象的方法将其形式化表现，用程序语言叙述，这是计算机程序编写的基本过程。

这样，就可以来编写代码，实现这个DFA，比较简答的实现方法是两层select的嵌套

Select(0)

{

Case 1……

Case 2……

Case 3

{

Select(input)

{

Case GOTO1……

Case GOTO2……

Case GOTO3……

……

}

……

}

这样正好对于了状态和状态的转换，而且DFA又只是双层的，比较贴切，这个只是也是积累到的；另一个方面，比较重要的就是对于非常的输入DFA可以不相应,因为本来在这个输入下DFA本身就没有合适的状态来转移嘛.当然，不响应是对于计算器这个程序的特性来说的，对于其它不同的程序，可以统一导向到一个错误收集区域中去，这样整个程序的架构就合理了。

示例代码采用c+win32api实现，采用api的好处是以后移植到HinM中去的时候，修改相应的api就可以了。下面分析代码

// 各函数参数表含义见其定义处/

// DFA模拟函数//

void MiniDFA(HWND hWnd, UINT uInput);//

// 向显示区追加一位数字//

void AppendNumber(HWND hWnd, TCHAR ch);//

// 在显示区退格删去一位数字//

void BackSpace(HWND hWnd);//

// 改变显示区数字的符号//

void ChangeSign(HWND hWnd);//

// 显示数字//

void ShowNumber (HWND hWnd, double dwNumber);//

// 返回显示的浮点数//

double DisplayToNumber(HWND hWnd);//

// 对两个操作数做加减乘除运算，返回运算结果//

double CalcIt(double dwLeftNum, UINT uOperation, double dwRightNum);//

// 显示区清屏//

void Clear(HWND hWnd);//

// 显示当前运算符//

void SetOperator(HWND hWnd, UINT uOperator);//

// 显示记忆标志//

void SetMemoSign(HWND hWnd, BOOL bSet);//

这里就是这个minicale中用到的一些函数了，可以看到比DFA那个图中的要实际一些，包括下面几个类别

1. 主函数，程序入口 MiNiDFA

2. 数据运算 CalcIt

3. 对当前数据的增加，删除，修改 AppendNumber，BackSpace，ChangeSign

4. 显示存储数据 ShowNumbe，DisplayToNumber，SetOperator，SetMemoSign

5. 其它 Clear

其实只有前面三个比较重要，后面两个不一定需要成为函数。

下面从细节到整体分析程序

//AppendNumber 追加显示数字

// hWnd编辑控件所在窗口句柄

// ch读取的数字或小数点

void AppendNumber(HWND hWnd, TCHAR ch)

{

TCHAR szBuffer[40], // 用于接收当前显示数字串

szAppend[2] = {'0', '/0'}; // szAppend[0] 为要添加的数字字符

GetWindowText(GetDlgItem(hWnd, IDC_EDITDISPLAY), szBuffer, 30);

szAppend[0] = ch;

strcat(szBuffer, szAppend);

SetWindowText(GetDlgItem(hWnd, IDC_EDITDISPLAY), szBuffer);

}//

函数平淡无奇，但是给我编写操作系统的提示是需要有类似于GetWindowText,SetWindowText,和GetDlgitem之类的在class和View 之间传递消息的函数，我认为这是很合理的。

//BackSpace退格，删去显示中的一位

// hWnd编辑控件所在窗口句柄

void BackSpace(HWND hWnd)

{

TCHAR szBuffer[40]; // 用于接收当前显示数字串

int length;

length = GetWindowText(GetDlgItem(hWnd, IDC_EDITDISPLAY), szBuffer, 30);

szBuffer[length - 1] = '/0';

}

//ChangeSign 改变符号

// hWnd编辑控件所在窗口句柄

void ChangeSign(HWND hWnd)

{

TCHAR szBuffer[40]; // 当前显示数字串

int length;

length = GetWindowText(GetDlgItem(hWnd, IDC_EDITDISPLAY), szBuffer, 30);

if(TEXT('0') == szBuffer[0])

return; //无数，所以不变

if(TEXT('-') == szBuffer[0]) // 负数

szBuffer[0] = TEXT(' ');

else // 正数 ,它的length被减小了1

{

strrev(szBuffer);

if(TEXT(' ') == szBuffer[length - 1])

length -= 1;

szBuffer[length] = TEXT('-');

szBuffer[length + 1] = TEXT('/0');

strrev(szBuffer);

}

SetWindowText(GetDlgItem(hWnd, IDC_EDITDISPLAY), szBuffer);

}

计算函数

double CalcIt(double dwLeftNum, UINT uOperation, double dwRightNum)

{

switch (uOperation)

{

case '+': return dwLeftNum + dwRightNum ;

case '-': return dwLeftNum - dwRightNum ;

case '*': return dwLeftNum * dwRightNum ;

case '/': return dwLeftNum / dwRightNum;

default: return 0;

}

下面是这个程序的核心，其实就是将那个图程序化的一个东西：计算器的确定有穷自动机(DFA)模拟函数

//MiNiDfa计算器的确定有穷自动机(DFA)模拟函数

// hWnd主窗口句柄

// uInput读取的输入符号

// 状态的转换 (一个状态)-输入->(另一状态)

void MiniDFA(HWND hWnd, UINT uInput)

{

static UINT uState = 0, uOperator = '=';// 状态，运算符

static double dwLeftNum = 0, dwRightNum = 0;// 左右操作数

static double dwMemo = 0; // 保存一个数的空间

static UINT uIntegralCount = 0, // 整数位数计数器

uDecCount = 0; // 小数位数计数器

// 在各状态下BackSpace, CE, C, MC, MR, MS, M+, SQRT, %, 1 / X， + / -

// 的处理较为统一, 所以先行处理以简化后面DFA主体的设计

switch(uInput)

{

………………………………

// DFA主体代码

// (OneState)-input->(AnotherState)

switch(uState)

{

case 0:

switch(uInput)

{

case '0':

case '1':

case '2':

case '3':

case '4':

case '5':

case '6':

case '7':

case '8':

case '9':

uIntegralCount = 1;

Clear(hWnd);

AppendNumber(hWnd, uInput);

uState = 1; // (0)-num->(1)

break;

case '.':

uIntegralCount = 0; // 整数位计数器归零

Clear(hWnd);

AppendNumber(hWnd, '0'), AppendNumber(hWnd, '.'); // 显示"0."

uState = 2; // (0)-dot->(2)

break;

case '+':

case '-':

case '*':

case '/':

uIntegralCount = 0; // 整数位计数器归零

uOperator = uInput;

SetOperator(hWnd, uOperator);

uState = 3; // (0)-op->(3)

break;

}

break;

// 其它的都是trival，不可能实现的。

case 1:

switch(uInput)

{

case '0':

case '1':

case '2':

case '3':

case '4':

case '5':

case '6':

case '7':

case '8':

case '9':

uIntegralCount ++;

AppendNumber(hWnd, uInput);

uState = 1; // (1)-num->(1)

break;

case '.':

AppendNumber(hWnd, '.');

uState = 2; // (1)-dot->(2)

break;

case '+':

case '-':

case '*':

case '/':

dwLeftNum = DisplayToNumber(hWnd);

uOperator = uInput;

SetOperator(hWnd, uOperator);

uState = 3; // (1)-op->(3)

break;

}

break;

case 2:

switch(uInput)

{

case '0':

case '1':

case '2':

case '3':

case '4':

case '5':

case '6':

case '7':

case '8':

case '9':

uDecCount++;

AppendNumber(hWnd, uInput);

uState = 2; // (2)-num->(2)

break;

case '+':

case '-':

case '*':

case '/':

uDecCount = 0; // 小数位计数器归零

dwLeftNum = DisplayToNumber(hWnd);

uOperator = uInput;

SetOperator(hWnd, uOperator);

uState = 3; // (2)-op->(3)

break;

}

break;

case 3:

switch(uInput)

{

case '0':

case '1':

case '2':

case '3':

case '4':

case '5':

case '6':

case '7':

case '8':

case '9':

uIntegralCount = 1;

Clear(hWnd);

AppendNumber(hWnd, uInput);

uState = 4; // (3)-num->(4)

break;

case '.':

uIntegralCount = 0; // 整数位计数器归零

Clear(hWnd);

AppendNumber(hWnd, '0'), AppendNumber(hWnd, '.'); // 显示"0."

uState = 5; // (3)-dot->(5)

break;

case '+':

case '-':

case '*':

case '/':

uIntegralCount = 0; // 整数位计数器归零

uOperator = uInput;

SetOperator(hWnd, uOperator);

uState = 3; // (3)-op->(3)

break;

}

break;

case 4:

switch(uInput)

{

case '0':

case '1':

case '2':

case '3':

case '4':

case '5':

case '6':

case '7':

case '8':

case '9':

uIntegralCount ++;

AppendNumber(hWnd, uInput);

uState = 4; // (4)-num->(4)

break;

case '.':

AppendNumber(hWnd, '.');

uState = 5; // (4)-dot->(5)

break;

case '+':

case '-':

case '*':

case '/':

uIntegralCount = 0; // 整数位计数器归零

dwRightNum = DisplayToNumber(hWnd);

dwLeftNum = CalcIt(dwLeftNum, uOperator, dwRightNum);

ShowNumber(hWnd, dwLeftNum);

uOperator = uInput;

SetOperator(hWnd, uOperator);

uState = 3; // (4)-op->(3)

break;

case '=':

uIntegralCount = 0; // 整数位计数器归零

dwRightNum = DisplayToNumber(hWnd);

dwLeftNum = CalcIt(dwLeftNum, uOperator, dwRightNum);

ShowNumber(hWnd, dwLeftNum);

uOperator = '=';

SetOperator(hWnd, ' ');

uState = 0; // (4)-op->(0) ，接受状态

break;

}

break;

case 5:

switch(uInput)

{

case '0':

case '1':

case '2':

case '3':

case '4':

case '5':

case '6':

case '7':

case '8':

case '9':

uDecCount++;

AppendNumber(hWnd, uInput);

uState = 5; // (5)-num->(5)

break;

case '+':

case '-':

case '*':

case '/':

uIntegralCount = 0; // 整数位计数器归零

uDecCount = 0; // 小数位计数器归零

dwRightNum = DisplayToNumber(hWnd);

dwLeftNum = CalcIt(dwLeftNum, uOperator, dwRightNum);

ShowNumber(hWnd, dwLeftNum);

uOperator = uInput;

SetOperator(hWnd, uOperator);

uState = 3; // (5)-op->(3)

break;

case '=':

uIntegralCount = 0; // 整数位计数器归零

uDecCount = 0; // 小数位计数器归零

dwRightNum = DisplayToNumber(hWnd);

dwLeftNum = CalcIt(dwLeftNum, uOperator, dwRightNum);

ShowNumber(hWnd, dwLeftNum);

uOperator = '=';

SetOperator(hWnd, ' ');

uState = 0; // (5)-op->(0)

break;

}

break;

}

结合使用yacc和lex生成一个复杂的计算器

光是学习yacc就很头疼，但是谁叫它那么有用了，是吧，所以所有努力都是值得的。首先说一下为什么在复杂的情况下DFA失去作用。最为显著的就是括号，这种需要前后匹配的东西，如果采取类似DFA的方法，构造一个DFA，可能是类似于下面这个样子：

其中符号的含义：

圆圈：状态（同心圆代表接受状态）

箭头：状态的转换方向

num: 输入数字

dot: 输入小数点

( 和 ): 输入括号

op: 输入运算符号（+、 -、 *、 /）

=：输入等于号

I ：括号计数器

那么会存在这个问题，那就是形如 (1+2+(3+4)) 的嵌套的式子的时候，在处理中间一个式子的时候，需要对前面的计算值和符号做保存，而由于嵌套的层数未知，所以这里无法控制，需要用更强的上下文无关文法作为编程思想。

在编译原理(陈意云)的100页就提供了一个计算器的yacc代码，我现在了解到yacc是可以直接嵌入vc6的，既然是这样，就可以更好地将代码移植过去。对这方面的知识我进行了学习后积累了以下知识：

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