C語言詞法分析器和C語言語法分析器編譯原理課程設計(共61頁)

1、編譯原理課程設計課程報告題目 C語言詞法分析器和C-語言語法分析器 學生姓名 學生學號 指導教師 提交報告時間 2019 年 6 月 8 日C語言詞法分析器1 實驗目的及意義1. 熟悉C語言詞法2. 掌握構造DFA的過程3. 掌握利用DFA實現(xiàn)C語言的詞法分析器4. 理解編譯器詞法分析的工作原理2 詞法特點及正則表達式2.1詞法特點2.1.1 保留字AUTO, BREAK , CASE , CHAR , CONST , CONTINUE , DEFAULT , DO , DOUBLE , ELSE, ENUM , EXTERN , FLOAT , FOR , GOTO, IF , INT ,

2、LONG , REGISTER , RETURN, SHORT , SIGNED , SIZEOF , STATIC , STRUCT , SWITCH , TYPEDEF , UNION , UNSIGNED , VOID, VOLATILE , WHILE,2.1.2 符號 + - * / + - += -= *= = = != = ; , ( ) /* */ : 2.2 正則表達式 whitespace = (newline|blank|tab|comment)+ digit=0|.|9 nat=digit+ signedNat=(+|-)?nat NUM=signedNat(“.”na

3、t)? letter = a|.|z|A|.|Z ID = letter(letter|digit|“_”)+ CHAR = other+ STRING = “other+”3 Token定義3.1 token類型保留字auto break case char const continue default do double elseenum extern float for gotoif int long redisterreturnshort signed sizeof static struct switch typedef union unsignedvoid volatile whi

4、le特殊符號+ - * / + - += -= *= = = != = ; , ( ) /* */ :文件結束、錯誤EOF ERROR其它tokenNUM ID CHARACTER STRINGtypedef enum /錯誤、結束 ENDFILE,ERROR, /保留字 AUTO,BREAK,CASE,CHAR,CONST,CONTINUE ,DEFAULT , DO ,DOUBLE, ELSE, ENUM, EXTERN , FLOAT ,FOR , GOTO,IF, INT, LONG,REGISTER , RETURN, SHORT, SIGNED ,SIZEOF ,STATIC, S

5、TRUCT ,SWITCH, TYPEDEF ,UNION, UNSIGNED , VOID,VOLATILE , WHILE, /其他token ID,NUM,CHARACTER,STRING,/特殊符號 /+、-、*、/、+、-、+=、-=、*=、=、=、!=、=、;、,、(、)、/、/*、*/、:PLUS,MINUS,TIMES,OVER,SELFPLUS,SELFMINUS,PLUSASSIGN,MINUSASSIGN,TIMESASSIGN,LT,LEQ,GT,GEQ,EQ,NEQ,ASSIGN,SEMI,COMMA,LPAREN, MINUSASSIGN,TIMESASSIGN,L

6、T,LEQ,GT,GEQ,EQ,NEQ,ASSIGN,SEMI,COMMA,LPAREN, RPAREN,LBRACKET,RBRACKET, LCBRACKET,RCBRACKET,LCOMMENT,RCOMMENT,COLON TokenType;3.2 tokenType類型代碼4 DFA設計4.1 注釋的DFA設計注釋的DFA如下所示，一共分為5個狀態(tài)，在開始狀態(tài)1時，如果輸入的字符為/,則進入狀態(tài)2，此時有可能進入注釋狀態(tài)，如果在狀態(tài)2時，輸入的字符為*，則進入注釋狀態(tài)，狀態(tài)將轉到3，如果在狀態(tài)3時，輸入的字符為*，則有可能結束注釋狀態(tài)，此時狀態(tài)將轉到狀態(tài)4，如果在狀態(tài)4時輸入的字符

7、為/，則注釋狀態(tài)結束，狀態(tài)轉移到結束狀態(tài)。4.2 詞法分析的DFA設計詞法分析的DFA如下所示，一共分為10個狀態(tài)：START、INNUM、INNUM1、INNUM2、INID、INCOMPARE、INOPERATE、INSTRING、INCHAR、DONE。狀態(tài)START表示開始狀態(tài)，狀態(tài)INNUM，INNUM1，INNUM2表示數(shù)字類型（NUM）Token的狀態(tài)，狀態(tài)INID表示標示符（ID）類型Token的狀態(tài)，狀態(tài)INOPERATE表示算數(shù)運算符型Token的狀態(tài)，狀態(tài)INOCOMPARE表示比較運算符型Token的狀態(tài)，INSTRING表示字符串（STRING）類型Token的狀態(tài)，

8、INCHAR表示字符（CHARACTER）類型Token的狀態(tài)，狀態(tài)DONE表示接收狀態(tài)。l 在開始狀態(tài)START時 如果輸入的字符為空白符，如空格換行等，則仍在START狀態(tài) 如果輸入的字符為digit，則進入狀態(tài)INNUM，即可能是數(shù)字類型（NUM）Token的狀態(tài) 如果輸入的字符為letter，則進入狀態(tài)INID，即可能是標識符類型Token的狀態(tài) 如果輸入的字符為、=2) b+=0.1 a+; 6.2 測試結果6.3結果分析test.c文件中包括注釋，保留字，整數(shù)和小數(shù)，標識符，特殊符號，字符串以及錯誤輸入。本程序成功對test.c文件進行了詞法分析，對注釋進行了忽略，輸出了相應的行號

9、、類型、取值，對于錯誤的輸入顯示ERROR。7 小結通過編寫C語言詞法分析器，我對編譯器的基本原理有了更深的認識，同時掌握了DFA的設計與實現(xiàn)。在最開始的編寫過程中，我總是把詞法和語法分析混淆，比如一些錯誤應該在語法分析中判斷，我卻寫進了詞法分析中，后來我逐步認識到詞法分析的作用就是提取源代碼中的Token。在DFA的實現(xiàn)過程中，我主要參考了書后tiny語言DFA的實現(xiàn)方法，將它擴展到C語言。另外C語言詞法比較復雜，因為時間關系我省略了一些，比如位運算符，轉義字符等等，希望今后能完善。C-語言語法分析器1 實驗目的及意義用C語言編制Tiny/C-語言的語法分析程序，實現(xiàn)對詞法分析程序所提供的T

10、oken序列的語法檢查和結構分析。 2 文法規(guī)則（EBNF）programdeclaration-listdeclaration_list declaration declaration declarationvar-declaration|fun-declarationvar_declaration type-specifier ID; | type-specifier ID NUM;type - specifier int | voidfun-declatationtype-specifier ID (params) | compound-stmtparamsparam_list | vo

11、idparam_listparam, paramparam type-specifier ID compound-stmt local-declaration statement-listlocal-declarations empty var- declarationstatement-liststatementstatementexpression-stmt | compound-stmt | selection-stmt | iteration-stmt | return-stmtexpression-stmt expression;selection-stmtif (expressio

12、n) statement else statementiteration-stmtwhile (expression)statementreturn-stmtreturn expression;expression var = expression | simple-expressionrelop = | | = | = = | ! =varID | ID expressionsimple-expressionadditive-expression relop additive-expression additive-expressiontermaddop term addop + | -te

13、rmfactormulop factor mulop * | /factor(expression) | var | call | NUMcallID( args )argsarg-list | emptyarg-list expression, expression3 節(jié)點類型及定義3.1節(jié)點類型節(jié)點類型描述子節(jié)點IntKInt型變量或返回值無VoidKvoid型變量或返回值無IdK標示符id無ConstK數(shù)值無Var_DeclK變量聲明變量類型+變量名Var_DeclK數(shù)組聲明數(shù)組名+數(shù)組大小FunK函數(shù)聲明返回類型+函數(shù)名+參數(shù)列表+函數(shù)體ParamsKFunK的參數(shù)列表參數(shù)（如果有多個

14、參數(shù)，則之間為兄弟節(jié)點）ParamKFunK的參數(shù)參數(shù)類型+參數(shù)名CompK復合語句體變量聲明列表+語句列表Selection_StmtKif條件表達式+IF體+ELSE體Iteration_StmtKwhile條件表達式+循環(huán)體Return_StmtKreturn表達式AssignK賦值被賦值變量+賦值變量OpK運算運算符左值+運算符右值Arry_ElemK數(shù)組元素數(shù)組名+下標CallK函數(shù)調(diào)用函數(shù)名+參數(shù)列表ArgsKCallK的參數(shù)列表表達式UnkownK未知節(jié)點無3.2節(jié)點定義typedef struct treeNodestruct treeNode * child4;struct

15、treeNode * sibling;int lineno;NodeKind nodekind;union TokenType op; int val; const char * name; attr; ExpType type; TreeNode;4 代碼結構分析文法programdeclaration-list分析函數(shù)TreeNode * parse(void)說明C-程序由一個聲明序列組成，parse（void）函數(shù)首先執(zhí)行getToken()然后直接調(diào)用declaration_list()返回樹節(jié)點代碼TreeNode * parse(void)TreeNode * t;token =

16、 getToken();t = declaration_list();if(token!=ENDFILE) syntaxError(endfile error);return t;文法declaration_list declaration declaration 分析函數(shù)TreeNode * declaration_list(void)說明聲明序列是由若干聲明構成，declaration_list(void)函數(shù)中直接調(diào)用declaration()函數(shù)返回樹節(jié)點，當前token為INT或VOID時，調(diào)用declaration()返回之前樹節(jié)點的兄弟節(jié)點。代碼TreeNode * declar

17、ation_list(void)TreeNode * t = declaration();TreeNode * p =t;/程序以變量聲明開始 while(token!=INT)&(token!=VOID)&(token!=ENDFILE) syntaxError(開始不是類型聲明); token = getToken(); if(token=ENDFILE) break; while(token=INT|token=VOID)TreeNode * q;q = declaration();if (q!=NULL)if (t=NULL)t=p=q;elsep-sibling=q;p=q;matc

18、h(ENDFILE);return t;文法declarationvar-declaration|fun-declarationvar_declaration type-specifier ID; | type-specifier ID NUM;fun-declatationtype-specifier ID (params) | compound-stmt type-specifier int | void分析函數(shù) TreeNode * declaration(void)說明首先判斷類型，執(zhí)行match函數(shù)， 匹配類型和ID，向前探測1個token的值確定是函數(shù)聲明還是變量聲明，如果toke

19、n為，則是數(shù)組變量聲明，返回節(jié)點Array_DeclK, token為（,則是函數(shù)聲明，返回節(jié)點FunK, token為;則是普通變量聲明，返回節(jié)點Var_DeclK代碼TreeNode * declaration(void)TreeNode * t = NULL;TreeNode * p = NULL;TreeNode * q = NULL;TreeNode * s = NULL;TreeNode * a = NULL;if (token=INT)p=newNode(IntK);match(INT);else if (token=VOID)p=newNode(VoidK);match(VOI

20、D);else syntaxError(type error);if(p!=NULL&token=ID)q = newNode(IdK); = copyString(tokenString); match(ID);if (token=LPAREN)t = newNode(FunK);t-child0 = p; /p是t子節(jié)點t-child1 = q;match(LPAREN);t-child2 = params();match(RPAREN);t-child3 = compound_stmt();else if (token=LBRACKET)t = newNode(Va

21、r_DeclK);a = newNode(Arry_DeclK);t-child0 = p; /p是t子節(jié)點t-child1 = a;match(LBRACKET);s = newNode(ConstK);s-attr.val = atoi(tokenString);match(NUM);a-child0=q;a-child1=s;match(RBRACKET);match(SEMI);else if (token=SEMI)t = newNode(Var_DeclK);t-child0 = p;t-child1 = q;match(SEMI);elsesyntaxError();elsesy

22、ntaxError();return t;文法paramsparam_list | void分析函數(shù)TreeNode * params(void)說明參數(shù)列表，根節(jié)點ParamsK，首先判斷token是否是VOID，如果是VOID則匹配，判斷下一個token，如果是右括號，則參數(shù)列表中只有子節(jié)點VoidK，如果是ID，則子節(jié)點是param_list,如果開始時token是INT,則參數(shù)列表子節(jié)點是param_list代碼TreeNode * params(void)TreeNode * t = newNode(ParamsK);TreeNode * p = NULL;if (token=VOI

23、D)p = newNode(VoidK);match(VOID);if (token=RPAREN)if(t!=NULL)t-child0 = p;else/參數(shù)列表為(void id,) t-child0 = param_list(p);else if (token=INT)t-child0 = param_list(p);else syntaxError();return t;文法param_listparam, param分析函數(shù)TreeNode * param_list(TreeNode * k)說明說明參數(shù)列表由param序列組成，并由逗號隔開。param_list(TreeNode

24、 * k)函數(shù)使用遞歸向下分析方法直接調(diào)用param(TreeNode * k)函數(shù)，并返回樹節(jié)點代碼TreeNode * param_list(TreeNode * k)TreeNode * t = param(k);TreeNode * p = t; k = NULL;/沒有要傳給param的VoidK，所以將k設為NULLwhile (token=COMMA)TreeNode * q = NULL;match(COMMA);q = param(k);if (q!=NULL)if (t=NULL)t=p=q;elsep-sibling = q;p = q;return t;文法param

25、type-specifier ID 分析函數(shù)TreeNode * param(TreeNode * k)說明探測token是INT還是VOID，決定子節(jié)點類型是IntK還是VoidK，IdK作為第二個子節(jié)點，向前探測一個token，如果是左中括號，則產(chǎn)生第三個子節(jié)點代碼TreeNode * param(TreeNode * k)TreeNode * t = newNode(ParamK);TreeNode * p = NULL;TreeNode * q = NULL;if(k=NULL&token=VOID)p = newNode(VoidK);match(VOID);else if(k=NU

26、LL&token=INT)p = newNode(IntK);match(INT);else if (k!=NULL)p = k;if(p!=NULL)t-child0 = p;if (token=ID)q = newNode(IdK); = copyString(tokenString);t-child1 = q;match(ID);elsesyntaxError();if (token=LBRACKET&(t-child1!=NULL)/match(LBRACKET);t-child2 = newNode(IdK);match(RBRACKET);else retur

27、n t; else syntaxError();return t;文法compound-stmt local-declaration statement-list分析函數(shù)TreeNode * compound_stmt(void)說明復合語句，直接調(diào)用local_declaration()函數(shù)和statement_list()函數(shù)，產(chǎn)生兩個子節(jié)點代碼TreeNode * compound_stmt(void) TreeNode * t = newNode(CompK);match(LCBRACKET);t-child0 = local_declaration();t-child1 = stat

28、ement_list(); match(RCBRACKET);return t;文法local-declarations empty var- declaration分析函數(shù)TreeNode * local_declaration(void)說明全局變量聲明，可以是空，也可以是若干變量聲明，首先判斷token是否等于INT或VOID，從而得知是否為空，若不為空則創(chuàng)建一個Var_DeclK節(jié)點代碼TreeNode * local_declaration(void) TreeNode * t = NULL;TreeNode * q = NULL;TreeNode * p = NULL;while(

29、token=INT | token=VOID) p = newNode(Var_DeclK);if(token=INT)TreeNode * q1 = newNode(IntK);p-child0 = q1;match(INT);else if(token=VOID)TreeNode * q1 = newNode(VoidK);p-child0 = q1;match(INT);if(p!=NULL)&(token=ID) TreeNode * q2 = newNode(IdK); = copyString(tokenString);p-child1 = q2;matc

30、h(ID);if(token=LBRACKET) TreeNode * q3 = newNode(Var_DeclK);p-child3 = q3;match(LBRACKET);match(RBRACKET);match(SEMI);else if(token=SEMI)match(SEMI);elsematch(SEMI); else syntaxError();if(p!=NULL)if(t=NULL)t = q = p;elseq-sibling = p;q = p;return t;文法statement-liststatement分析函數(shù)TreeNode * statement_l

31、ist(void)說明調(diào)用statement()創(chuàng)建根節(jié)點，向前探測一個token，創(chuàng)建兄弟節(jié)點代碼TreeNode * statement_list(void) TreeNode * t = statement(); TreeNode * p = t;while (IF=token | LCBRACKET=token | ID=token | WHILE=token | RETURN =token | SEMI=token | LPAREN=token | NUM=token) TreeNode * q;q = statement();if(q!=NULL)if(t=NULL) t = p

32、= q;else p-sibling = q;p = q;return t;文法statementexpression-stmt| compound-stmt | selection-stmt | iteration-stmt | return-stmt分析函數(shù)TreeNode * statement(void)說明statement由表達式或復合語句或if語句或while語句或return語句構成。statement(void)函數(shù)通過判斷先行Token類型確定到底是哪一種類型。如果是IF則調(diào)用selection_statement()，如果是WHILE，則調(diào)用iteration_stmt(

33、)，如果是RETURN，則調(diào)用return()，如果是左大括號，則是復合語句類型，如果是ID、SEMI、LPAREN、NUM，則是表達式語句類型代碼TreeNode * statement(void) TreeNode * t = NULL;switch(token)case IF:t = selection_stmt(); break;case WHILE:t = iteration_stmt(); break;case RETURN:t = return_stmt(); break;case LCBRACKET:t = compound_stmt(); break;case ID: cas

34、e SEMI: case LPAREN: case NUM: t = expression_stmt(); break;default:syntaxError();token = getToken();break;return t;文法expression-stmt expression;分析函數(shù)TreeNode * expression_stmt(void)說明說明表達式語句有一個可選的且后面跟著分號的表達式。expression_stmt(void)函數(shù)通過判斷先行token類型是否為分號，如果不是則直接調(diào)用函數(shù)expression()代碼TreeNode * expression_stm

35、t(void) TreeNode * t = NULL;if(token=SEMI) match(SEMI);return t;else t = expression();match(SEMI);return t;文法expression var = expression | simple-expression分析函數(shù)TreeNode * expression(void)說明expression(void)函數(shù)通過判斷先行Token類型是否為ID，如果不是說明只能是simple_expression情況，則調(diào)用simple_expression(TreeNode * k)函數(shù)遞歸向下分析；如果

36、是ID說明可能是賦值語句，或simple_expression中的var和call類型的情況，所以再求其Follow集合，如果集合求出來是賦值類型的Token，則說明是賦值語句，于是新建一個AssignK節(jié)點就行；如果集合求出來不是賦值類型的Token則說明是simple_expression中的var和call類型的情況，然后再調(diào)用simple_expression(TreeNode * k)函數(shù)遞歸向下分析，并將已經(jīng)取出IdK節(jié)點傳遞給simple_expression(TreeNode * k)函數(shù)代碼TreeNode * expression(void) TreeNode * t =

37、var();if(t=NULL)/不是以ID開頭，只能是simple_expression情況 t = simple_expression(t); else/以ID開頭，可能是賦值語句，或simple_expression中的var和call類型的情況 TreeNode * p = NULL;if(token=ASSIGN)/賦值語句 p = newNode(AssignK);/ = ;match(ASSIGN);p-child0 = t;p-child1 = expression();return p;else /simple_expression中的var和call類

38、型的情況 t = simple_expression(t); return t;文法varID | ID expression分析函數(shù)TreeNode * var(void)說明創(chuàng)建IdK節(jié)點，判斷先行token類型是否是中括號，如果是就創(chuàng)建Arry_ElemK節(jié)點，調(diào)用expression()得到子節(jié)點代碼TreeNode * var(void) TreeNode * t = NULL;TreeNode * p = NULL;TreeNode * q = NULL;if(token=ID)p = newNode(IdK); = copyString(tokenStrin

39、g); match(ID);if(token=LBRACKET) match(LBRACKET);q = expression();match(RBRACKET);t = newNode(Arry_ElemK);t-child0 = p;t-child1 = q;elset = p;return t;文法simple-expressionadditive-expression relop additive-expression relop = | | = | = = | ! =分析函數(shù)TreeNode * simple_expression(TreeNode * k)說明simple_expr

40、ession(TreeNode * k)函數(shù)先調(diào)用additive_expression(TreeNode * k)函數(shù)返回一個節(jié)點，然后再一直判斷后面的Token是否為=、=、=、!=，如果是則新建OpK節(jié)點，然后令之前的節(jié)點為其第一個子節(jié)點，然后繼續(xù)調(diào)用additive_expression(TreeNode * k)函數(shù)返回一個節(jié)點，作為OpK節(jié)點的第二個節(jié)點代碼TreeNode * simple_expression(TreeNode * k) TreeNode * t = additive_expression(k);k = NULL;if(EQ=token | GT=token |

41、 GEQ=token | LT=token | LEQ=token | NEQ=token) TreeNode * q = newNode(OpK);q-attr.op = token; q-child0 = t;t = q;match(token);t-child1 = additive_expression(k); return t;return t;5 實驗結果與分析測試文本test.cint a10;int min(int a,int low,void a)int k; int x; int i;k=low;while(i0)x=1;return x;測試結果成功實現(xiàn)語法分析6 小結通

42、過這次實驗，我加深了對語法分析的認識，掌握了遞歸向下分析方法，實現(xiàn)了對詞法分析程序所提供的Token序列的語法檢查和結構分析。 語法分析程序編寫相對于詞法分析要困難得多，首先要將BNF化為EBNF，運用遞歸向下的方法進行編寫，構造出語法樹，判別語法分析過程中是否出錯以及出錯位置和錯誤類型。雖然EBNF轉換成代碼的過程原理比較簡單，但是操作起來比較繁瑣。一開始我對TreeNode數(shù)據(jù)結構也不是很理解，通過閱讀書后的tiny語言語法分析源代碼，我弄懂了語法樹的輸出。附錄（源代碼）Main.c#include global.h#include util.h#include scan.h/* 全局變量 */int lineno = 0;/* 編譯過程標志 */int EchoSource = TRUE;int TraceScan = TRUE;int Error = FALSE;int main(void)TreeNode * syntaxTree; char pgm120; /*用于存儲文件名*/print