编译原理实验五:编译器自动生成工具
一、词法分析程序自动生成工具的使用(4小时)
实验目的
学习使用词法分析自动工具LEX。
实验任务
使用LEX工具实现编译器的词法分析程序。
实验内容
(a) 学习文档“LEX的用法.pdf”。
(b) 准备一个LEX工具,如这里提供的“FLEX251.ZIP”,可上网搜索下载更新的版本。
(c) 以文档中提供的4个输入文件为例,测试LEX工具。有些版本的FLEX需要在辅助程序部分增加yywrap()函数:
int yywrap() {return 1;}
- 生成LEX版本的TINY词法分析器,与其它部分组合成一个完整的TINY语言编译器,并完成测试验证。(参见tiny编译器的使用.ppt)
- 编写某语言(如:C-语言)的词法描述文件,生成其词法分析器,与其它部分组合成一个完整的TINY语言编译器,并完成测试验证。(提示:可利用增量编程,修改TINY语言的词法描述文件tiny.l,为C-语言编写词法描述文件。)
(二)语法分析程序自动生成工具的使用(4小时)
学习使用语法分析程序自动生成工具YACC;使用YACC工具实现编译器的词法分析程序。
实验内容
(a) 学习文档“YACC的用法.pdf”。
(b) 准备一个YACC工具,如这里提供的“bison.zip”,可上网搜索下载更新的版本。(有源程序可供参考)
(c) 以文档中提供的输入文件为例,测试YACC工具。需要将两个文件拷贝到特殊目录,详情请阅readme.txt。
- 生成YACC版本的TINY语法分析器,与其它部分组合成一个完整的TINY语言编译器,并完成测试验证。(提示:全局头文件GLOBALS.H需要替换为YACC目录下的那个。)
(3)编写某语言(如:C-语言)的语法描述文件,生成其语法分析器,与其它部分组合成一个完整的TINY语言编译器,并完成测试验证。(提示:可利用增量编程,修改TINY语言的语法描述文件tiny.y,为C-语言编写语法描述文件,全局头文件GLOBALS.H在替换为YACC目录下的那个后需相应修改。)
实验工具及源代码下载
https://pan.baidu.com/s/14nbZ3Xu5nsaGCRPcycJUHw
密码:msry
实验原理讲解
1、LEX工具的使用
(1)以文档中提供的4个输入文件为例,测试LEX工具。
步骤:
1.将flex.exe复制到tiny.l的目录中
2.输入命令“FLEX tiny.l”生成lex.yy.c
3.将main.c lex.yy.c util.c globals.h util.h scan.h放入一个工程中,编译生成.exe文件
FLEX语言的结构如下:
其中,FLEX文件是使用一种特殊的语言——LEX,编写的,它描述了一种语言的词法结构:其中,第一部分为定义,FLEX工具在处理这一部分的时候,会将definitions部分的所有代码原封不动的插入到lex.yy.c(词法分析代码)中,我们可以在这一部分中写程序需要用到的头文件等内容,通常情况下,这些代码被放在放在“%{”和“%}”之内,直接插入lex.yy.c。
第二部分是词法规则部分:格式为【模式 { 动作 }】,其中模式为正则表达式,动作是代码片段。当匹配相对应的正则表达式时,这些代码片段就会被执行。
最后一个部分包括着一些C代码,这些函数被称为辅助函数,它们用于在第2个部分被调用且不在任何地方被定义的辅助程序。如果要将Lex输出作为独立程序来编译,则这一部分还会有一个主程序。LEX对此部份不作任何处理,仅仅将之直接拷贝到输出文件lex.yy.c的尾部。在些部份,可定义对模式进行处理的C语言函数、主函数和yylex要调用的函数yywrap()等。如果用户在其它C模块中提供这些函数,用户代码部份可以省略。
通过执行以上步骤,可以顺利生成对应词法分析代码lex.yy.c。如图是文件夹内部的情况。如果需要正式编译程序进行完整的词法分析,还需要加上主函数部分。
(2)使用增量编程,将tiny词法分析器改为C-词法分析器。
这一部分的代码其实在上面的压缩包里面有。。。。
C-的词法规则结构要比TINY复杂,同时,TINY词法中也含有一些C-没有的关键字,比如repeat这些。由于C-的定义与tiny有所区别,只需要根据C-的规则,对TINY.L进行增删操作即可。
以下是改进后的C-.L源程序:
%{
#include "globals.h"
#include "util.h"
#include "scan.h"
/* lexeme of identifier or reserved word */
char tokenString[MAXTOKENLEN+1];
%}digit [0-9]
number {digit}+
letter [a-zA-Z]
identifier {letter}+
newline \n
whitespace [ \t]+%%"if" {return IF;}
"while" {return WHILE;}
"else" {return ELSE;}
"return" {return RETURN;}
"int" {return INT;}
"void" {return VOID;}
"=" {return ASSIGN;}
"==" {return EQ;}
"<" {return LT;}
"<=" {return LTEQ;}
">" {return RT;}
">=" {return RTEQ;}
"!=" {return UNEQ;}
"+" {return PLUS;}
"-" {return MINUS;}
"*" {return TIMES;}
"," {return NOB;}
"/" {return OVER;}
"(" {return LPAREN;}
")" {return RPAREN;}
";" {return SEMI;}
"[" {return MLPAREN;}
"]" {return MRPAREN;}
"{" {return LLPAREN;}
"}" {return LRPAREN;}
{number} {return NUM;}
{identifier} {return ID;}
{newline} {lineno++;}
{whitespace} {/* skip whitespace */}
"/*" { char c;char d='f';do{ c = input();if (c == EOF) break;if (c == '\n') lineno++;if (c == '*'){c = input();if (c == '/') d = 'a';}} while (d == 'f');}
. {return ERROR;}%%
TokenType getToken(void)
{ static int firstTime = TRUE;TokenType currentToken;if (firstTime){ firstTime = FALSE;lineno++;yyin = source;yyout = listing;}currentToken = yylex();strncpy(tokenString,yytext,MAXTOKENLEN);if (TraceScan) {fprintf(listing,"\t%d: ",lineno);printToken(currentToken,tokenString);}return currentToken;
}
首先是第一部分:宏定义和词法正则表达式描述,这些根据文档中的定义就可以完成,且C-的词法分析器与TINY一样,需要包含globals.h中的宏定义、SCAN.h中的扫描文件方法,这些头文件都需要包含进去。
第二部分是匹配规则部分:这里将TINY的关键字全部修改为C-语言的关键字,同时结合实验二中所做的词法分析程序,将字符的返回标记全部更改好。通过增量编程的思想,在TINY.L中对相关语句进行修改即可。
第三部分是用户自定义函数。这一部分与TINY没有差别。
最后,我们还需要对TINY编译器中的其他组件——utils.c、globals.h等文件进行修改,使其符合C-语言的关键字标准。主要是将utils.c中的printtoken函数,更改为适应C-词法分析的关键字代码即可,做出符合增量编程的一些调整,就可以组合成完整的C-词法分析器。
最终的C-词法分析器包含以下这些组件:
2、YACC工具的使用
(1)以文档中提供的输入文件为例,测试YACC工具。
步骤:(与LEX词法分析类似)
1、将语法分析YACC工具BISON和语法描述文件.Y放入同一个文件夹内。
2、命令行中输入“bison .y类型的文件名”就可以生成语法分析代码.Y.tab.C。
3、将生成的语法分析代码与其他部件组合在一起,就可以生成完整的语法分析器。
类似于词法分析文件lex,语法描述语言YACC文件的格式也由三部分组成:定义、规则、函数。
首先是定义部分:定义部分包括Yacc需要用来建立分析程序的有关记号、数据类型以及文法规则的信息。它还包括了必须在它的开始时直接进入输出文件的任何C代码(主要是其他源代码文件的#include指示)。说明文件的这个部分可以是空的。
规则部分包括修改的BNF格式中的文法规则以及将在识别出相关的文法规则时被执行的C代码中的动作。文法规则中使用的元符号惯例如下:通常,竖线被用作替换(也可分别写出替换项)。
最后是用户自定义函数部分,辅助程序部分包括了过程和函数声明,这个部分也可为空。此部分与词法分析中无太大差别。
(2)编写某语言(如:C-语言)的语法描述文件,生成其语法分析器。
由于C-的语法与TINY十分不同,根据实验指导书上C-的29条语法规则,参照TINY.Y中的格式,进行编写:
上图展示的是C-语法分析文件的其中一部分,完整代码太长,没办法全部贴出,具体实现部分在文件夹的【Cminus增量语法】文件夹下。
实现完上面的C-语法描述文件后,我们通过更改一系列TINY语言中使用过的辅助文件如utils.c、globals.h等,让它们适应C-的语法特点(主要是关键字的实现有差别)之后生成一个工程,即可完成C-的语法分析器构造。
上面这个代码,压缩包里面也有,下载一下吧,emmm。。。
3、生成完整编译器
这是这个实验指导书上规定的最后一步,但是我很不理解,为什么到这里只实现了词法和语法的时候,就要去要求,能生成整个编译器呢??
明显,是实验的安排出现了问题。
整体的编译器还需要语义分析、代码生成,甚至如果需要一个能够执行C-代码的虚拟机环境!!这个地方当时助教验收,很多人都是懵的,如果之后这个实验还有这个需求,那我也没有办法,直接用TINY语言的去验收吧。
【下面展示的是有源代码的TINY编译器的生成过程】
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