PL_0_語言編譯器分析實驗報告

1、PL/0 語言編譯器分析實驗一、實驗目的通過閱讀與解析一個實際編譯器 （PL/0 語言編譯器） 的源代碼，加深對編譯階段（包括詞法分析、語法分析、語義分析、中間代碼生成等）和編譯系統(tǒng)軟件結構的理解，并達到提高學生學習興趣的目的。二、實驗要求(1) 要求掌握基本的程序設計技巧（ C語言）和閱讀較大規(guī)模程序源代碼的能力；(2) 理解并掌握編譯過程的邏輯階段及各邏輯階段的功能；(3) 要求能把握整個系統(tǒng)（ PL/0 語言編譯器）的體系結構，各功能模塊的功能，各模塊之間的接口；(4) 要求能總結出實現(xiàn)編譯過程各邏輯階段功能采用的具體算法與技三、實驗報告pl/0 語言是 pascal 語言的一個子集，

2、我們這里分析的 pl/0 的編譯程序包括了對 pl/0 語言源程序進行分析處理、編譯生成類 pcode代碼，并在虛擬機上解釋運行生成的類 pcode代碼的功能。pl/0 語言編譯程序采用以語法分析為核心、 一遍掃描的編譯方法。 詞法分析和代碼生成作為獨立的子程序供語法分析程序調(diào)用。 語法分析的同時， 提供了出錯報告和出錯恢復的功能。在源程序沒有錯誤編譯通過的情況下，調(diào)用類 pcode 解釋程序解釋執(zhí)行生成的類 pcode代碼。詞法分析子程序分析：詞法分析子程序名為 getsym，功能是從源程序中讀出一個單詞符號 （token ），把它的信息放入全局變量 sym、id 和num中，語法分析器需要

3、單詞時， 直接從這三個變量中獲得。（注意！語法分析器每次用完這三個變量的值就立即調(diào)用 getsym 子程序獲取新的單詞供下一次使用。 而不是在需要新單詞時才調(diào)用 getsym過程。）getsym過程通過反復調(diào)用 getch 子過程從源程序過獲取字符， 并把它們拼成單詞。 getch 過程中使用了行緩沖區(qū)技術以提高程序運行效率。詞法分析器的分析過程：調(diào)用 getsym時，它通過 getch 過程從源程序中獲得一個字符。如果這個字符是字母，則繼續(xù)獲取字符或數(shù)字，最終可以拼成一個單詞，查保留字表，如果查到為保留字，則把 sym變量賦成相應的保留字類型值；如果沒有查到，則這個單詞應是一個用戶自定義的標

4、識符（可能是變量名、常量名或是過程的名字），把 sym 置為 ident ，把這個單詞存入 id 變量。查保留字表時使用了二分法查找以提高效率。如果 getch 獲得的字符是數(shù)字， 則繼續(xù)用 getch 獲取數(shù)字，并把它們拼成一個整數(shù)，然后把 sym置為 number，并把拼成的數(shù)值放入 num變量。如果識別出其它合法的符號（比如：賦值號、大于號、小于等于號等），則把sym則成相應的類型。如果遇到不合法的字符，把sym置成 nul 。語法分析子程序分析：語法分析子程序采用了自頂向下的遞歸子程序法， 語法分析同時也根據(jù)程序的語意生成相應的代碼， 并提供了出錯處理的機制。 語法分析主要由分程序分析

5、過程（ block ）、常量定義分析過程（ constdeclaration ）、變量定義分析過程（ vardeclaration ）、語句分析過程（ statement ）、表達式處理過程（expression ）、項處理過程（ term ）、因子處理過程（ factor ）和條件處理過程（ condition ）構成。這些過程在結構上構成一個嵌套的層次結構。 除此之外， 還有出錯報告過程（error ）、代碼生成過程（ gen）、測試單詞合法性及出錯恢復過程（ test ）、登錄名字表過程（ enter ）、查詢名字表函數(shù)（ position ）以及列出類 pcode代碼過程（ listc

6、ode ）作過語法分析的輔助過程。由pl/0 的語法圖可知：一個完整的 pl/0 程序是由分程序和句號構成的。 因此，本編譯程序在運行的時候，通過主程序中調(diào)用分程序處理過程 block 來分析分程序部分（分程序分析過程中還可能會遞歸調(diào)用 block 過程），然后，判斷最后讀入的符號是否為句號。 如果是句號且分程序分析中未出錯， 則是一個合法的 pl/0 程序，可以運行生成的代碼， 否則就說明源 pl/0 程序是不合法的， 輸出出錯提示即可。語法單元分析：1、分程序處理過程：語法分析開始后，首先調(diào)用分程序處理過程（ block ）處理分程序。過程入口參數(shù)置為： 0層、符號表位置 0、出錯恢復單詞

7、集合為句號、聲明符或語句開始符。進入 block 過程后，首先把局部數(shù)據(jù)段分配指針設為 3，準備分配 3個單元供運行期存放靜態(tài)鏈 sl 、動態(tài)鏈 dl 和返回地址 ra 。然后用 tx0 記錄下當前符號表位置并產(chǎn)生一條 jmp指令，準備跳轉(zhuǎn)到主程序的開始位置，由于當前還沒有知到主程序究竟在何處開始， 所以 jmp的目標暫時填為 0，稍后再改。同時在符號表的當前位置記錄下這個 jmp指令在代碼段中的位置。在判斷了嵌套層數(shù)沒有超過規(guī)定的層數(shù)后，開始分析源程序。 首先判斷是否遇到了常量聲明， 如果遇到則開始常量定義，把常量存入符號表。 接下去用同樣的方法分析變量聲明， 變量定義過程中會用 dx變量記

8、錄下局部數(shù)據(jù)段分配的空間個數(shù)。然后如果遇到 procedure 保留字則進行過程聲明和定義，聲明的方法是把過程的名字和所在的層次記入符號表，過程定義的方法就是通過遞歸調(diào)用 block 過程，因為每個過程都是一個分程序。由于這是分程序中的分程序， 因此調(diào)用 block 時需把當前的層次號 lev 加一傳遞給 block 過程。分程序聲明部分完成后，即將進入語句的處理，這時的代碼分配指針 cx 的值正好指向語句的開始位置，這個位置正是前面的 jmp指令需要跳轉(zhuǎn)到的位置。于是通過前面記錄下來的地址值，把這個 jmp指令的跳轉(zhuǎn)位置改成當前 cx的位置。并在符號表中記錄下當前的代碼段分配地址和局部數(shù)據(jù)段

9、要分配的大?。?dx的值）。生成一條 int 指令，分配 dx個空間，作為這個分程序段的第一條指令。下面就調(diào)用語句處理過程 statement 分析語句。分析完成后，生成操作數(shù)為 0的opr 指令，用于從分程序返回（對于 0層的主程序來說，就是程序運行完成，退出）。2、常量定義過程：通過循環(huán)，反復獲得標識符和對應的值， 存入符號表。 符號表中記錄下標識符的名字和它對應的值。3、變量定義過程：與常量定義類似，通過循環(huán)，反復獲得標識符，存入符號表。符號表中記錄下標識符的名字、它所在的層及它在所在層中的偏移地址。4、語句處理過程：語句處理過程是一個嵌套子程序， 通過調(diào)用表達式處理、 項處理、因子處理

10、等過程及遞歸調(diào)用自己來實現(xiàn)對語句的分析。 語句處理過程可以識別的語句包括賦值語句、read 語句、write 語句、call 語句、if 語句、while 語句。當遇到 begin/end 語句時，就遞歸調(diào)用自己來分析。分析的同時生成相應的類 pcode指令。5、賦值語句的處理：首先獲取賦值號左邊的標識符， 從符號表中找到它的信息， 并確認這個標識符確為變量名。然后通過調(diào)用表達式處理過程算得賦值號右部的表達式的值并生成相應的指令保證這個值放在運行期的數(shù)據(jù)棧頂。 最后通過前面查到的左部變量的位置信息，生成相應的 sto 指令，把棧頂值存入指定的變量的空間，實現(xiàn)了賦值操作。6、read 語句的處理

11、：確定 read 語句語法合理的前提下（否則報錯），生成相應的指令：第一條是16號操作的 opr 指令，實現(xiàn)從標準輸入設備上讀一個整數(shù)值，放在數(shù)據(jù)棧頂。第二條是 sto 指令，把棧頂?shù)闹荡嫒?read 語句括號中的變量所在的單元。7、write 語句的處理：與read 語句相似。在語確的前提下， 生成指令：通過循環(huán)調(diào)用表達式處理過程分析 write 語句括號中的每一個表達式，生成相應指令保證把表達式的值算出并放到數(shù)據(jù)棧頂并生成 14號操作的 opr 指令，輸出表達式的值。最后生成 15號操作的 opr 指令輸出一個換行。8、call 語句的處理：從符號表中找到 call 語句右部的標識符， 獲

12、得其所在層次和偏移地址。 然后生成相應的 cal 指令。至于調(diào)用子過程所需的保護現(xiàn)場等工作是由類 pcode解釋程序在解釋執(zhí)行 cal 指令時自動完成的。9、if 語句的處理：按if 語句的語法，首先調(diào)用邏輯表達式處理過程處理if 語句的條件，把相應的真假值放到數(shù)據(jù)棧頂。接下去記錄下代碼段分配位置（即下面生成的 jpc 指令的位置），然后生成條件轉(zhuǎn)移 jpc 指令（遇 0或遇假轉(zhuǎn)移），轉(zhuǎn)移地址未知暫時填0。然后調(diào)用語句處理過程處理 then 語句后面的語句或語句塊。 then 后的語句處理完后，當前代碼段分配指針的位置就應該是上面的 jpc 指令的轉(zhuǎn)移位置。通過前面記錄下的 jpc 指令的位置

13、，把它的跳轉(zhuǎn)位置改成當前的代碼段指針位置。10、begin/end 語句的處理：通過循環(huán)遍歷 begin/end 語句塊中的每一個語句，通過遞歸調(diào)用語句分析過程分析并生成相應代碼。11、while 語句的處理：首先用 cx1變量記下當前代碼段分配位置，作為循環(huán)的開始位置。然后處理 while 語句中的條件表達式生成相應代碼把結果放在數(shù)據(jù)棧頂， 再用 cx2變量記下當前位置，生成條件轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)移位置未知，填 0。通過遞歸調(diào)用語句分析過程分析 do語句后的語句或語句塊并生成相應代碼。 最后生成一條無條件跳轉(zhuǎn)指令jmp，跳轉(zhuǎn)到 cx1所指位置，并把 cx2所指的條件跳轉(zhuǎn)指令的跳轉(zhuǎn)位置改成當前代碼段

14、分配位置。12、表達式、項、因子處理：根據(jù) pl/0 語法可知，表達式應該是由正負號或無符號開頭、 由若干個項以加減號連接而成。 而項是由若干個因子以乘除號連接而成， 因子則可能是一個標識符或一個數(shù)字， 或是一個以括號括起來的子表達式。 根據(jù)這樣的結構， 構造出相應的過程，遞歸調(diào)用就完成了表達式的處理。 把項和因子獨立開處理解決了加減號與乘除號的優(yōu)先級問題。 在這幾個過程的反復調(diào)用中， 始終傳遞 fsys 變量的值，保證可以在出錯的情況下跳過出錯的符號，使分析過程得以進行下去。13、邏輯表達式的處理：首先判斷是否為一元邏輯表達式： 判奇偶。如果是，則通過調(diào)用表達式處理過程分析計算表達式的值，

15、然后生成判奇指令。 如果不是， 則肯定是二元邏輯運算符，通過調(diào)用表達式處理過程依次分析運算符左右兩部分的值， 放在棧頂?shù)膬蓚€空間中，然后依不同的邏輯運算符，生成相應的邏輯判斷指令，放入代碼段。14、判斷單詞合法性與出錯恢復過程分析：本過程有三個參數(shù)， s1、s2為兩個符號集合， n為出錯代碼。本過程的功能是：測試當前符號（即 sym變量中的值）是否在 s1集合中，如果不在，就通過調(diào)用出錯報告過程輸出出錯代碼 n，并放棄當前符號，通過詞法分析過程獲取一下單詞，直到這個單詞出現(xiàn)在 s1或 s2集合中為止。這個過程在實際使用中很靈活，主要有兩個用法：在進入某個語法單位時， 調(diào)用本過程，檢查當前符號是

16、否屬于該語法單位的開始符號集合。若不屬于，則濾去開始符號和后繼符號集合外的所有符號。在語法單位分析結束時， 調(diào)用本過程，檢查當前符號是否屬于調(diào)用該語法單位時應有的后繼符號集合。 若不屬于，則濾去后繼符號和開始符號集合外的所有符號。通過這樣的機制， 可以在源程序出現(xiàn)錯誤時， 及時跳過出錯的部分， 保證語法分析可以繼續(xù)下去。15、類 pcode代碼解釋執(zhí)行過程分析：這個過程模擬了一臺可以運行類 pcode指令的棧式計算機。它擁有一個棧式數(shù)據(jù)段用于存放運行期數(shù)據(jù)、擁有一個代碼段用于存放類 pcode程序代碼。同時還擁用數(shù)據(jù)段分配指針、指令指針、指令寄存器、局部段基址指針等寄存器。16、解釋執(zhí)行類 p

17、code代碼時，數(shù)據(jù)段存儲分配方式：對于源程序的每一個過程（包括主程序），在被調(diào)用時，首先在數(shù)據(jù)段中開辟三個空間， 存放靜態(tài)鏈 sl 、動態(tài)鏈 dl 和返回地址 ra 。靜態(tài)鏈記錄了定義該過程的直接外過程 （或主程序） 運行時最新數(shù)據(jù)段的基地址。 動態(tài)鏈記錄調(diào)用該過程前正在運行的過程的數(shù)據(jù)段基址。 返回地址記錄了調(diào)用該過程時程序運行的斷點位置。對于主程序來說， sl 、dl 和ra 的值均置為 0。靜態(tài)鏈的功能是在一個子過程要引用它的直接或間接父過程 （這里的父過程是按定義過程時的嵌套情況來定的，而不是按執(zhí)行時的調(diào)用順序定的）的變量時，可以通過靜態(tài)鏈，跳過個數(shù)為層差的數(shù)據(jù)段， 找到包含要引用的變量所在的數(shù)據(jù)段基址， 然后通過偏移地址訪問它。在過程返回時， 解釋程序通過返回地址恢復指令指