miniC语言编译器设计与实现（编译原理实验课程）

目录
1 选题背景 1
1.1 总体任务 1
1.2 目标 1
1.3 主要技术 1
2 实验一词法分析和语法分析 2
2.1 词法的文法描述 2
2.2 语法的文法描述 3
2.3 词法分析器设计 5
2.4 语法分析器设计 8
2.5 词法及语法分析器运行截图 12
2.6 小结 3
3 实验二语义分析 5
3.1 语义子程序描述 5
3.2 符号表的设计 7
3.3 语义错误类型定义 9
3.4 语义分析实现技术 10
3.5 语义分析结果 12
3.6小结 16
4 实验三中间代码生成 18
4.1 中间代码格式定义 18
4.2 中间代码生成规则定义 19
4.3 中间代码生成过程 21
4.4 中间代码生成结果 24
4.5 小结 26
5 实验四目标代码生成 27
5.1 指令集选择 27
5.2 寄存器分配算法 27
5.3 目标代码生成算法 28
5.4 目标代码生成结果 32
5.5 目标代码运行结果 36
5.6 小结 38
6 总结 39
参考文献 42
1 选题背景
1.1 总体任务
根据密码学编程时的某个函数（例如计算最大公约数函数）需要完成的程序功能，运用编译原理课程中的知识，设计一个类C语言程序设计语言相应的词法及语法，并实现该语言的编译器，将源码翻译为能在模拟器上运行的目标代码。
1.2 目标
通过资料查阅、分析设计、编程实现等步骤，逐步培养学生解决工程问题的能力，提高独立思考、灵活运用理论知识以解决实际问题的能力；
通过构造简化编译器的过程，了解编译器各部分的理论知识，找出理论与实践中的差异；灵活运用第三方工具协助解决工程问题；综合运用数据结构、算法、汇编语言、C语言编程等前序课程的知识和技能。
1.3 主要技术
开发环境：Ubantu 18.04.5虚拟机系统，Visual Studio 2019编辑器。
关键技术：Flex、Bison工具，老师所给的关键代码段，C语言知识，以及Linux
系统下的相关终端操作。
运行环境：Ubantu 18.04.5虚拟机系统
2 实验一词法分析和语法分析
2.1 词法的文法描述
词法分析器的构造技术线路，首选一个就是设计能准确表示各类单词的正则表达式。用正则表达式表示的词法规则等价转化为相应的有穷自动机FA，确定化、最小化，最后依据该FA，编写对应的词法分析程序。
词法分析分为三个部分：定义部分，规则部分，用户子程序定义部分。
1.定义部分
第一个部分为定义部分，其中可以有一个%{到%}的区间部分，主要包含c语言的一些宏定义，如文件包含、宏名定义，以及一些变量和类型的定义和声明。会直接被复制到词法分析器源程序lex.yy.c中。%{到%}之外的部分是一些正规式宏名的定义，这些宏名在后面的规则部分会用到。
2.规则部分
第二个部分为规则部分，一条规则的组成为:
正规表达式动作
表示词法分析器一旦识别出正规表达式所对应的单词，就执行动作所对应的操作，返回单词的种类码。在这里可写代码显示（种类编码，单词的自身值），观察词法分析每次识别出来的单词，作为实验检查的依据。
词法分析器识别出一个单词后，将该单词对应的字符串保存在yytext中，其长度为yyleng,
3.用户子程序部分
第三个部分为用户子程序部分，这部分代码会原封不动的被复制到词法分析器源程序lex.yy.c中。
高级语言的词法分析器，需要识别的单词有五类:关键字（保留字)、运算符、界符、常量和标识符。本文转载自http://www.biyezuopin.vip/onews.asp?id=16987依据mini-c语言的定义，在此给出各单词的种类码和相应符号说明:

#include "def.h"
#include <stdio.h>struct node *mknode(int kind,struct node *first,struct node *second, struct node *third,int pos ){struct node *tempnode = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));tempnode->kind = kind;tempnode->ptr[0] = first;tempnode->ptr[1] = second;tempnode->ptr[2] = third;tempnode->pos = pos;return tempnode;
}void display(struct node* T,int indent){if(T){switch (T->kind){case EXT_DEF_LIST:  display(T->ptr[0],indent);display(T->ptr[1],indent);break;case EXT_VAR_DEF:printf("%*c%s\n",indent,' ',"外部变量定义：");     display(T->ptr[0],indent+5);printf("%*c%s\n",indent+5,' ',"变量名：");display(T->ptr[1],indent+5);break;case FUNC_DEF:printf("%*c%s\n",indent,' ',"函数定义：");display(T->ptr[0],indent+5);display(T->ptr[1],indent+5);display(T->ptr[2],indent+5);break;case ARRAY_DEF:printf("%*c%s\n",indent,' ',"数组定义：");display(T->ptr[0],indent+5);display(T->ptr[1],indent+5);break;case FUNC_DEC:printf("%*c%s%s\n",indent,' ',"函数名：",T->type_id);printf("%*c%s\n",indent,' ',"函数型参：");display(T->ptr[0],indent+5);break;case ARRAY_DEC:printf("%*c%s%s\n",indent,' ',"数组名：",T->type_id);printf("%*c%s\n",indent,' ',"数组大小：");display(T->ptr[0],indent+5);break;case EXT_DEC_LIST:display(T->ptr[0],indent+5);if(T->ptr[1]->ptr[0]==NULL)display(T->ptr[1],indent+5);elsedisplay(T->ptr[1],indent);break;case PARAM_LIST:display(T->ptr[0],indent);display(T->ptr[1],indent);break;case PARAM_DEC:display(T->ptr[0],indent);display(T->ptr[1],indent);break;case VAR_DEF:display(T->ptr[0],indent+5);display(T->ptr[1],indent+5);break;case DEC_LIST:printf("%*c%s\n",indent,' ',"变量名：");display(T->ptr[0],indent+5);display(T->ptr[1],indent);break;case DEF_LIST:printf("%*c%s\n",indent+5,' ',"LOCAL VAR_NAME：");display(T->ptr[0],indent+5);display(T->ptr[1],indent);break;case COMP_STM:printf("%*c%s\n",indent,' ',"复合语句：");printf("%*c%s\n",indent+5,' ',"复合语句的变量定义：");display(T->ptr[0],indent+5);printf("%*c%s\n",indent+5,' ',"复合语句的语句部分：");display(T->ptr[1],indent+5);break;case STM_LIST:display(T->ptr[0],indent+5);display(T->ptr[1],indent);break;case EXP_STMT:printf("%*c%s\n",indent,' ',"表达式语句：");display(T->ptr[0],indent+5);break;case IF_THEN:printf("%*c%s\n",indent,' ',"条件语句（if-else）：");printf("%*c%s\n",indent,' ',"条件：");display(T->ptr[0],indent+5);printf("%*c%s\n",indent,' ',"IF语句：");display(T->ptr[1],indent+5);break;case IF_THEN_ELSE:printf("%*c%s\n",indent,' ',"条件语句（if-else-if）：");display(T->ptr[0],indent+5);display(T->ptr[1],indent+5);break;case WHILE:printf("%*c%s\n",indent,' ',"循环语句（while）：");printf("%*c%s\n",indent+5,' ',"循环条件：");display(T->ptr[0],indent+5);printf("%*c%s\n",indent+5,' ',"循环体：");display(T->ptr[1],indent+5);break;case FOR:printf("%*c%s\n",indent,' ',"循环语句（for）：");printf("%*c%s\n",indent+5,' ',"循环条件：");display(T->ptr[0],indent+5);printf("%*c%s\n",indent+5,' ',"循环体：");display(T->ptr[1],indent+5);break;case FUNC_CALL:printf("%*c%s\n",indent,' ',"函数调用：");printf("%*c%s%s\n",indent+5,' ',"函数名：",T->type_id);printf("%*c%s\n",indent+5,' ',"第一个实际参数表达式：");display(T->ptr[0],indent+5);break;case ARGS:display(T->ptr[0],indent+5);display(T->ptr[1],indent+5);break;case ID:printf("%*cID： %s\n",indent,' ',T->type_id);//控制新的一行输出的空格数，indent代替%*c中*break;case INT:printf("%*cINT： %d\n",indent,' ',T->type_int);  break;case FLOAT:printf("%*cFLOAT： %f\n",indent,' ',T->type_float);  break;case CHAR:printf("%*cCHAR： %c\n",indent,' ',T->type_char);case ARRAY:printf("%*c数组名称： %s\n",indent,' ',T->type_id);  break;case TYPE:if(T->type==INT)printf("%*c%s\n",indent,' ',"类型：int");else if(T->type==FLOAT)printf("%*c%s\n",indent,' ',"类型：float");else if(T->type==CHAR)printf("%*c%s\n",indent,' ',"类型：char");else if(T->type==ARRAY)printf("%*c%s\n",indent,' ',"类型：char型数组");break;case ASSIGNOP:case OR:case AUTOADD_L:case AUTOSUB_L:case AUTOADD_R:case AUTOSUB_R:case AND:case RELOP:case PLUS:case MINUS:case STAR:case DIV:case COMADD:case COMSUB:printf("%*c%s\n",indent,' ',T->type_id);display(T->ptr[0],indent+5);display(T->ptr[1],indent+5);break;case RETURN:printf("%*c%s\n",indent,' ',"返回语句：");display(T->ptr[0],indent+5);break;  }}
}

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