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编译原理实习报告.doc
《编译原理上机实习》指导书
《编译原理上机实习》指导书
一、上机实习目的
理解编译程序的构造原理，掌握编译程序的构造方法与技术。通过实习，使学生既加深对
编译原理基础理论的理解，又提高动手能力，特别是提高软件设计能力。
二、上机实习要求
在理解编译原理基本思想的基础上，选择一个自己熟悉的程序设计语言，完成编译程序的
设计和实现过程。本上机实习是为某个计算机语言设计一个编译程序，完成词法分析、语法分析、
语义分析等功能，并生成某种机器上的目标代码。在上机实习指导书中给出了上机实习的基本思
路，学生可以按照这个去做，能力强的学生还可以按照所学知识，自行设计方案。
三、上机实习步骤
1．阅读《上机实习任务书》及《上机实习指导书》。
2．根据设计要求写算法，画程序框图
3．根据框图编写源程序
4．输入源程序并上机调试
5．撰写上机实习报告
四、上机实习内容
1、题目：C 语言小子集编译程序的实现
2、C 语言小子集的文法规则：
<程序>::＝main（）{<分程序>}
<分程序>::=[<常量说明部分)；]<变量说明部分>；<语句部分>
<常量说明部分>::=const<常量定义表>
<常量定义表>::=<常量定义表>，<常量定义>
<常量定义表>::=<常量定义>
<常量定义>::＝<标识符>＝<常量>
<变量说明部分>::=<变量说明><标识符表>
<变量说明>::=int
<标识符表>::=<标识符表>，<标识符>
<标识符表>::=<标识符>
<标识符>::=<字母>
<标识符>::=<标识符><字母>
<标识符>::=<标识符><数字>
<语句部分>::=<语句部分>；<语句>|<语句>
<语句>::＝<赋值语句>|<条件语句>|<循环语句>|<读语句>|<写语句>|<复合语句>
<复合语句>::={<语句部分>}
<赋值语句>::=<标识符>=<表达式>
<条件>::=<表达式><关系运算符><表达式>
<表达式>::=<项>|<表达式><加法运算符><项>
<项>::=<因子>|<项><乘法运算符><因子>
<因子>::＝<标识符>|<常量>|(<表达式>)
<常量>::＝<无符号整数>
<无符号整数>::=<数字序列>
<数字序列>::=<数字序列><数字>
- 1 -
<数字序列>::=<数字>
<加法运算符>::＝+|-
<乘法运算符>::=*|／
<关系运算符>::＝<|>|!=|>=|<=|==
<条件语句>::=if（<条件>）<语句部分>else<语句部分>
<循环语句>::=while（<条件>）do<语句部分>
<读语句>::=scanf(<格式控制表>，<标识符地址表>)
<写语句>::=printf(<格式控制表>，<标识符表>)
<字母>::=a|b|c|d|e|f|g|h|i|j|k|l|m|n|o|p|q|r|s|t|u|v|w|x|y|z
<数字>::=0|1|2|3|4|5|6|7|8|9
3、实现功能：
(1)词法分析
扫描源程序，根据词法规则，识别单词，填写相应的符号表。
(2)语法分析
对由源程序作语法分析，确定是否属于 C 语言小子集，同时揭示出程序的内在结构。
(3)语法错误检查
根据 C 语言小子集的文法规则设置检测手段，通过查错子程序或一些查错语句，报告
源程序出错位置、性质等，直至整个程序结束为止。
(4)语义分析与目标代码生成
在语法分析的基础上，进行语义分析，生成源程序的目标代码。源程序的目标代码可以
建立在一个假想的处理机（虚拟机）上，也可以以所学的汇编语言为基础。
源程序样本：
main ()
{ int a,b,x,y,max;
(a>0)
a=10;
while
{ b=a*a;
a=a-1;
}
x=a+b;
if
y=b+b;
(x>y) max=x
else max=y
}
五、附录：PL0 编译程序的实现
- 2 -
1． PL0 概述
PL0 语言是一种类 PASCAL 语言，是教学用程序设计语言，它比 PASCAL 语言简单，作了一
些限制。PL0 的程序结构比较完全，赋值语句作为基本结构，构造概念有顺序执行、条件执行和
重复执行，分别由 BEGIN/END、IF 和 WHILE 语句表示。此外，PL0 还具有子程序概念，包括过程
说明和过程调用语句。在数据类型方面，PL0 只包含唯一的整型，可以说明这种类型的常量和变
量。运算符有+，-，*，/，=，<>，<，>，<=，>=，(，)。说明部分包括常量说明、变量说明和
过程说明。
2． PL0 语言的文法规则
<程序>::＝<分程序>．
<分程序>::=[<常量说明部分)；][<变量说明部分>；]{<过程说明部分>；}<语句部分>
<常量说明部分>::=const<常量定义>{，<常量定义>}
<常量定义>::＝<标识符>＝<无符号整数>
<无符号整数>::=<数字>{<数字>}
<变量说明部分>::=var<标识符>{<标识符>}
<标识符>::=<字母>{<字母>|<数字>}
<过程说明部分>::=<过程首部><分程序>
<过程首部>::=procedure<标识符>
<语句部分>::=<语句>|<复合语句>
<复合语句>::=begin<语句>{；<语句>}end
<语句>::＝<赋值语句>|<条件语句>|<当型循环语句>|<过程调用语句>|
<读语句>|<写语句>|<复合语句>|<空语句>
<赋值语句>::=<标识符>:=<表达式>
<条件>::=<表达式><关系运算符><表达式>|odd<表达式>
<表达式>::=[+|-]<项>|<表达式><加法运算符><项>
<项>::=<因子>|<项><乘法运算符><因子>
<因子>::＝<标识符>|<常量>|(<表达式>)
<常量>::＝<无符号整数>
<加法运算符>::＝+|-
<乘法运算符>::=*|／
<关系运算符>::＝<|>|<>|>=|<=|=
<条件语句>::=if<条件>then<语句>
<过程调用语句>::=call<标识符>
<当型循环语句>::=while<条件>do<语句>
<读语句>::=read(<标识符>{，<标识符>})
<写语句>::=write(<表达式>{，<表达式>})
<字母>::=a|b|c|d|e|f|g|h|i|j|k|l|m|n|o|p|q|r|s|t|u|v|w|x|y|z
<数字>::=0|1|2|3|4|5|6|7|8|9
3． PL0 编译程序的设计思想
编译程序的设计可以采用自顶向下和自底向上两种不同的方法。由于许多高级语言（如
- 3 -
PASCAL，C）中的语法成分都是递归定义的，PL0 也是如此，所以本实验采用递归子程序法，这
是一种自顶向下的的编译方法，其基本思想是对源程序的每个（或若干个）语法成分编制一个处
理子程序，从处理<程序>这个语法成分的子程序开始，在分析过程中调用一系列过程或函数，对
源程序进行语法和语义分析，直到整个源程序处理完毕为止。
在本上机实习中，我们给出用 PASCAL 语言编写的 PL0 的编译程序，要求学生先读懂它，然
后再用自己熟悉的高级语言改写它，能力强的同学可以按照所学知识，自行设计实现方案。
4．PL0 编译程序的功能
(1)语法分析
对由 PL／0 语言编制的程序作语法分析，确定是否属于 PL／0 语言，同时揭示出程序的内在
结构。
(2)语法错误检查
根据 PL／0 语言的文法规则设置检测手段，通过查错子程序和一些查错语句，报告源程序出
错位置、性质等，直至整个程序结束为止。
(3)生成目标代码
PL／0 语言的目标代码是建立在一个假想的处理机上，此处理机称为 PL／0 处理机。
(4)执行目标代码
PL／0 处理机是一种假想的处理机，其目标代码不能在实际的机器上执行，故此编译程序设
置了一个子程序，它对 PL／0 语言的目标代码逐条解释执行，最后得出所需结果。
5．PL／0 编译程序的有关过程及函数
在 PL／0 语言的编译文本中，除了常量和变量说明外，共有 18 个相互嵌套或并列的过程(或
函数)。现对这些过程和函数作扼要说明。
(1)error(n)：其功能是报告 PL／0 源程序的出错信息。n 为错误类型号，共可查出 36 种错
误。
(2)getsym：词法分析子程序。其功能为读单词。
getch：读字符子程序。它嵌套于读单词子程序中。
(3)gen(x，y，z)，伪代码生成子程序。其功能是根据不同的 x、y、z 生成不同的伪代码。x
表示指令码，y 表示层差，z 表示位移量或数。
(4)test(sl，s2，n)：查错子程序。其功能是检测源程序中的语法错误。
(5)block(1ev，tx，fsys)：分程序处理模块。其功能为对分程序进行处理。lev 表示层差，
tx 表示标识符表的下标，fsys 是符号集，表示可能出现的符号。
分程序处理模块是整个编译程序的核心，它包含以下的过程和函数。
①enter(k)：其功能是造符号表 table。k 表示符号的类型，其取值范围是(constant，
variable，proceable)，即此子程序对常量、变量和过程造符号表 table，以备检查标识符是否
说明过。
②position(id)：其功能是查符号表，它是一个函数。 id 是所检查的标识符，若查到则给
出标识符 id 在标识符表中的位置，否则给 0。
③constdeclaration：常量造表子程序。其功能是为常量造一张常量表，内填常量名、常量
值。它通过调用子程序 enter(k)完成，此时 k＝constant。
④vardeclaration：变量造表子程序。其功能是为变量造一张变量表，内填变量名、所处层
号。它也是通过调用子程序 enter(k)来完成的，此时 k=variable。
- 4 -
⑤listcode，打印(伪)代码子程序。其功能是输出生成的目标代码。
⑥statement(fsys)：语句处理子程序。其功能是处理语句，它是递归调用的核心部分。其
递归调用顺序如下：
expression(fsys)：处理算术表达式子程序；
term(fsys)：处理项子程序；
condition(fsys)：处理因子子程序。
(6)interpret，执行目标代码子程序。其功能是对编译过程中生成的目标代码(伪代码)逐条
解释执行。
base(l)：提供计算静态链信息子程序。它为过程调用提供调用所需的基地址。
整个 PL／0 编译程序通过主程序调用分程序处理模块 block，再通过 block 递归调用上述
的子程序，达到对 PL／0 语言的程序进行编译的目的。
6．编译步骤
程序中用数组 word 存贮 PL／0 语言的所有保留字。保留字有 begin、call、const、do、
end、if、odd、procedure、read、then、var、while、write；
用数组 swym 存贮保留字所对应的符号表 symbol 中的符号；
用数组 ssym 存贮关系运算符及特殊符号+、-、*、/、(、)、=、，、<、>及；所对应的符号
表 symbol 中的符号；
用数组 mnemonic 存贮目标代码的指令码部分。
其具体步骤如下：
①在主程序中给出编译程序所需的初始值。置字符字数 cc、行长 ll、代码分配下标 cx、错
误个数 err 等为 0。调 getsym 读单词；
②调 block 模块，进入分程序处理；
③判断所读单词是否为常量说明符号 constsym，是则转 4），否则转 5）。
④读单词并作常量说明处理；查所读单词是否为“，”，是则重复本步；否则判断此单词是否
为“；”，是则读单词，否则给出出错信息。进行下一步；
⑤所读单词是否为变量说明符号 variable，是则读单词并作变量说明处理，再读单词并判
断是否为“，”，是则重复本步；否则判断此单词是否为“；”，是则读单词，否则给出出错信息。
进行下一步；
⑥cxl:=cx，并生成 jmp 0，0 指令，判断所读单词是否为过程说明符号 proceduresym，是
则读单词转 7），否则转 11）；
⑦判断所读单词是否为标识符，是则转 8），否则给出出错信息再进行下一步；
⑧标识符填表，再读单词。判断所读单词是否为“；”，是则读单词，否则给出出错信息。进
行下一步；
⑨递归调用分程序处理子程序 block；
⑩最近所读单词是否为“；”，是则继续读一单词，否则给出出错信息。转 6）；
⑾code[cxl].a:=cx，生成分配局部变量指令，语句处理，生成 opr 0，0 指令；
⑿返回主程序，err 是否为 0，是则调子程序 interpret，转 13），否则给出出错信息，结束
编译；
⒀解释执行生成的目标代码，列出结果。
PL／0 编译程序及主要参数
- 5 -
1)PL／0 编译程序
program plO(input，output，ff，fi，fw2)；{带有代码生成的 PL／0 编译程序}
label 99；
const norw＝13； {保留字个数}
txmax=100， {标识符表的长度}
nmax=14， {数中数字的最大个数}
a1=10； {标识符的长度}
amax＝20471；{最大地址}
levmax＝3；
cxmax＝200； {代码数组的大小}
writex=20；
{程序体嵌套的最大深度}
type symbol=(nul，ident，number，plus，minus，times，slash，oddsym，eql，neq，lss，
leq，gtr，geq，lparen，rparen，comma，semicolon，period，becomes，beginsym， endsym，
ifsym，thensym，whilesym，dosym，callsym，constsym，varsym，procsym，readsym，writesym，
upcomma) ；
alfa＝packed array[1..a1] of char；
object＝(constant，variable，proceable) ；
symset＝set Of symbol；
fct=(1it，opr，lod，sto，cal，int，jmp，jpc)；{functions}
instruction=packed record
{功能码}
f：fct ；
l: 0..1evmax；{层}
a：0..amax； {相对地址}
end；
{lit 0，a ：取常数 a
opr 0，a：执行运算 a
lod l，a：取层差为 l，相对地址为 a 的常量
sto l，a：存到层差为 l，相对地址为 a 的变量
cal l，a：调用层差为 l 的过程
int 0，a：t 寄存器增加 a
jmp 0，a: 转移到指令地址 a 处
jpc 0，a：条件转移到指令地址 a 处}
var ff,fi：text；
{输入文件名 ff 和 fi}
{最近读到的标识符}
{输出文件名 fw2}
fw2：text；
ch：char；
{最近读到的字符}
sym：symbol； {最近读到的符号}
id：alfa；
num：integer； {最近读到的数}
cc：integer；
ll：integer；
wx：integer；
kk，err，cw：integer；
cx：integer；
line：array[1..81]of char；
{字符计数}
{行长}
{代码分配下标}
- 6 -
a：alfa；
chwr：array[1..writex] of alfa；
code：array[0..cxmax] of instruction；
word：array[1..norw] of alfa；
wsym：array[1..norw] of symbol；
ssym：array[char] of symbol；
mnemonic：array[fct] of packed array[1..3] of char；
declbegsys，statbegsys，facbegsys：symset；
table：array[0..txmax] of record
name：alfa；
case kind：object of
constant：(val：integer)；
variable，proceable：(1evel，dr：integer)；
end；
procedure error(n:integer)； {出错显示子程序}
writeln(fw2，’****’,’’：cc，n：2)：
err:=err+1；
begin
end；
procedure getsym；
{读单词子程序}
var i，j，k：integer；
procedure getch;
{读字符子程序}
begin if cc=ll then
begin if eof(ff) then
begin write(fw2，’program incompletet’)； goto 99；end；
ll:=O；cc:=0；write(fw2，cw：5，’ ’)；cw:=cw+1；
while not(eoln(ff)) do
ll:=ll+1 ；read(ff，ch) ；write(fw2，ch) ； line[ll]:=ch；
begin
end；
writeln(fw2)；ll:=ll+1；read(ff，1ine[ll]) ；
end；
cc:=cc+l；ch:=line[cc] ；
end；
{读字符子程序结束}
begin
{读单词子程序开始}
while ch＝’ ’ do getch；
if ch in [’a’..’z’] then
begin kc:=0；
repeat if k=kk then
kk:=k
else repeat a[kk]:=’ ’ ；kk:=kk-1；
untll kk=k；
id:=a；i:=1；j:=norw；
- 7 -
repeat k=(i+j) div 2；
if id<=word[k] then j:=k-1；
if id>=word[k] then i:=k+1；
untll i>j；
if i-1>j then sym:=wsym[k]
e1se sym:=ident；
end
else if ch in
{标识符或保留字处理结束}
[’0’..’9’] then
{数处理}
begin
k:=0；num:=0；sym:=number；
repeat num:=10*num+(Ord(ch)一 Ord(’0’))； k:=k+1；getch；
until not(ch in[’0’..’9’]) ；
if k>nmax then error(30)
end
{数处理结束}
e1se if ch＝’:’ then
begin getch；
if ch=’=’ then
begin sym:=becomes；getch； end
else sym:=nul；
end
else case ch of
’+’，’-’，’*’，’／’,’(’，’)’，’=’,’,’,’ ；’,’.’：begin sym:=ssym[ch] ；
getch；
’>’：begin getch；
if ch=’=’ then
else sym:=gtr；
end；
begin sym:=geq；getch；end
end；
’<’：begin getch；
if ch=’=’ then
begin sym:=leq；getch；end
else if ch=’>’ then
begin sym:=neq；getch；end
end
end ； {case
}
end； {读单词子程序结束}
else sym:=lss；
procedure gen(x：fct；y，z：integer) ； {代码生成子程序}
begin if cx>cxmax then
begin write(’program too long’) ； goto 99
with code[cx] do
end；
begin
f:=x；l:=y；a:=z
end；
cx:=cx+1
end；
{代码生成子程序结束}
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