编译原理【实验1——扫描器的设计与实现】

秒速五厘米 2023-01-16 06:53 132阅读 0赞

> 1.  扫描器设计与编程实现（扫描器的设计与实现）
> 2.  NFA确定化算法设计与编程实现（NFA确定化（选做））
> 3.  递归下降分析器设计与实现（预测分析方法设计与实现）
> 4.  算符优先分析法设计与实现（算符优先分析程序设计实现）

**目录**

一、实验目的

二、实验内容

三、实验过程与结果

实验代码

data.txt文件

代码运行截图

四、总结与体会

--------------------

# 一、实验目的 #

> 通过设计、编制并调试一个具体的词法分析程序，加深对词法分析原理的理解。掌握在对程序设计语言源程序进行扫描过程中，将其分解为各类单词的词法分析方法。
> 
> 理解词法分析在编译程序中的作用；加深对有穷自动机模型的理解；掌握词法分析程序的实现方法和技术。

# 二、实验内容 #

> 自定义一种程序设计语言，或者选择已有的一种高级语言，编制它的词法分析程序。词法分析程序的实现可以采用任何一种编程语言和编程工具。
> 
> 设计词法分析程序，从输入的源程序中，识别出各个具有独立意义的单词，即关键字、标识符、常数、运算符、界符，并依次输出各个单词的内部编码及单词符号自身值（遇到错误时可显示“Error”，然后跳过错误部分继续显示）。

> **（软件、硬件）环境：**
> 
> 软件环境：Visual Studio Code、CodeBlocks 17.12 编写、调试并执行实验代码
> 
> 硬件环境：“Windows 10教育版”计算机

# 三、实验过程与结果 #

> 修改课本P212表C.1，将其扩充为C语言的保留字表，如下所示：
> 
> char \*rwtab\[\] = \{"int", "long", "short", "float", "double", "char", "unsigned", "signed", "const", "void", "volatile", "enum", "struct", "union","if", "else", "goto", "switch", "case", "do", "while", "for", "continue", "break", "return", "default", "typedef","auto", "register", "extern", "static", "sizeof", "begin", "then", "end", "cout", "main", \_KEY\_WORD\_END\};

## 实验代码 ##

> 参考P212附录C，编写源程序，实验代码如下所示：

/*需要的库和全局变量、函数及主程序*/
    #include <iostream>
    #include <cstdio>
    #include <cstring>
    #include <cstdlib>
    #define _KEY_WORD_END "waiting for your expanding"
    
    using namespace std;
    
    typedef struct //词的结构，二元组形式（单词种别，单词自身的值）
    {
        int typenum; //单词种别
        char *word;
    } WORD;
    char input[255];
    char token[255] = "";
    int p_input; //指针
    int p_token;
    char ch;
    char *rwtab[] = {"int", "long", "short", "float", "double", "char", "unsigned", "signed", "const", "void", "volatile", "enum", "struct", "union",
                     "if", "else", "goto", "switch", "case", "do", "while", "for", "continue", "break", "return", "default", "typedef",
                     "auto", "register", "extern", "static", "sizeof", "begin", "then", "end", "cout", "main", _KEY_WORD_END};
    WORD *scanner(); //扫描
    int main()
    {
        int over = 1;
        WORD *oneword = new WORD;
    
        //实现从文件读取代码段
        cout << "read something from data.txt" << endl;
        FILE *fp;
        if ((fp = freopen("data.txt", "r", stdin)) == NULL)
        {
            printf("Not found file!\n");
            return 0;
        }
        else
        {
            while ((scanf("%[^#]s", &input)) != EOF)
            {
                p_input = 0;
                printf("your words:\n%s\n", input);
                while (over < 1000 && over != -1)
                {
                    oneword = scanner();
                    if (oneword->typenum < 1000)
                    {
                        if (oneword->typenum != 999)
                            cout << "[  " << oneword->typenum << "\t" << oneword->word << "  ]" << endl;
                    }
                    over = oneword->typenum;
                }
                scanf("%[^#]s", input);
            }
        }
        return 0;
    }
    //从输入缓冲区读取一个字符到ch中
    char m_getch()
    {
        ch = input[p_input];
        p_input++; // p_input = p_input + 1;
        return (ch);
    }
    //去掉空白符号
    void getbc()
    {
        while (ch == ' ' || ch == 10)
        {
            ch = input[p_input];
            p_input++; // p_input = p_input + 1;
        }
    }
    //拼接单词
    void concat()
    {
        token[p_token] = ch;
        p_token++; // p_token = p_token + 1;
        token[p_token] = '\0';
    }
    //判断是否字母
    int letter()
    {
        if (ch >= 'a' && ch <= 'z' || ch >= 'A' && ch <= 'Z')
            return 1;
        else
            return 0;
    }
    //判断是否数字
    int digit()
    {
        if (ch >= '0' && ch <= '9')
            return 1;
        else
            return 0;
    }
    
    //检索关键字表格
    int reserve()
    {
        int i = 0;
        while (strcmp(rwtab[i], _KEY_WORD_END))
        {
            if (!strcmp(rwtab[i], token))
                return i + 1;
            i++;
        }
        return 10; // 如果不是关键字，则返回种别码10
    }
    //回退一个字符
    void retract()
    {
        p_input--; // p_input = p_input - 1;
    }
    
    //词法扫描程序
    WORD *scanner()
    {
        WORD *myword = new WORD;
        myword->typenum = 10; // 初始值
        myword->word = "";
        p_token = 0; //单词缓冲区指针
        m_getch();
        getbc(); //去掉空白
    
        if (letter()) //判断读取到的首字母是字母
        {
            //如int
            while (letter() || digit())
            {
                concat(); //连接
                m_getch();
            }
            retract();                   //回退一个字符
            myword->typenum = reserve(); //判断是否为关键字，返回种别码
            myword->word = token;
            return (myword);
        }
        else if (digit()) //判断读取到的单词首字符是数字
        {
            while (digit()) //所有数字连接起来
            {
                concat();
                m_getch();
            }
            retract();
            //数字单词种别码统一为20，单词自身的值为数字本身
            myword->typenum = 20;
            myword->word = token;
            return (myword);
        }
        else
            switch (ch)
            {
            case '=':
                m_getch(); //首字符为=,再读取下一个字符判断
                if (ch == '=')
                {
                    myword->typenum = 39;
                    myword->word = "==";
                    return (myword);
                }
                retract(); //读取到的下个字符不是=，则要回退，直接输出=
                myword->typenum = 21;
                myword->word = "=";
                return (myword);
                break;
            case '+':
                myword->typenum = 22;
                myword->word = "+";
                return (myword);
                break;
            case '-':
                myword->typenum = 23;
                myword->word = "-";
                return (myword);
                break;
            case '/':          //读取到该符号之后，要判断下一个字符是什么符号，判断是否为注释
                m_getch();     //首字符为/,再读取下一个字符判断
                if (ch == '*') // 说明读取到的是注释
                {
                    m_getch();
    
                    while (ch != '*')
                    {
                        m_getch(); //注释没结束之前一直读取注释，但不输出
                        if (ch == '*')
                        {
                            m_getch();
                            if (ch == '/') //注释结束
                            {
                                myword->typenum = 999;
                                myword->word = "注释";
                                return (myword);
                                break;
                            }
                        }
                    }
                }
                else
                {
                    retract(); //读取到的下个字符不是*，即不是注释，则要回退，直接输出/
    
                    myword->typenum = 25;
                    myword->word = "/";
                    return (myword);
                    break;
                }
            case '*':
                myword->typenum = 24;
                myword->word = "*";
                return (myword);
                break;
            case '(':
                myword->typenum = 26;
                myword->word = "(";
                return (myword);
                break;
            case ')':
                myword->typenum = 27;
                myword->word = ")";
                return (myword);
                break;
            case '[':
                myword->typenum = 28;
                myword->word = "[";
                return (myword);
                break;
            case ']':
                myword->typenum = 29;
                myword->word = "]";
                return (myword);
                break;
            case '{':
                myword->typenum = 30;
                myword->word = "{";
                return (myword);
                break;
            case '}':
                myword->typenum = 31;
                myword->word = "}";
                return (myword);
                break;
            case ',':
                myword->typenum = 32;
                myword->word = ",";
                return (myword);
                break;
            case ':':
                m_getch();
                if (ch == '=')
                {
                    myword->typenum = 18;
                    myword->word = ":=";
                    return (myword);
                    break;
                }
                else
                {
                    retract();
                    myword->typenum = 33;
                    myword->word = ":";
                    return (myword);
                    break;
                }
            case ';':
                myword->typenum = 34;
                myword->word = ";";
                return (myword);
                break;
            case '>':
                m_getch();
                if (ch == '=')
                {
                    myword->typenum = 37;
                    myword->word = ">=";
                    return (myword);
                    break;
                }
                retract();
                myword->typenum = 35;
                myword->word = ">";
                return (myword);
                break;
            case '<':
                m_getch();
                if (ch == '=')
                {
                    myword->typenum = 38;
                    myword->word = "<=";
                    return (myword);
                    break;
                }
                else if (ch == '<')
                {
                    myword->typenum = 42;
                    myword->word = "<<";
                    return (myword);
                    break;
                }
                else
                {
                    retract();
                    myword->typenum = 36;
                    myword->word = "<";
                    return (myword);
                }
            case '!':
                m_getch();
                if (ch == '=')
                {
                    myword->typenum = 40;
                    myword->word = "!=";
                    return (myword);
                    break;
                }
                retract();
                myword->typenum = -1;
                myword->word = "ERROR";
                return (myword);
                break;
            case ' " ':
                myword->typenum = 41;
                myword->word = " \" ";
                return (myword);
                break;
            case '\0':
                myword->typenum = 1000;
                myword->word = "OVER";
                return (myword);
                break;
            case '#':
                myword->typenum = 0;
                myword->word = "#";
                return (myword);
                break;
            default:
                myword->typenum = -1;
                myword->word = "ERROR";
                return (myword);
                break;
            }
    }

## data.txt文件 ##

int main()
    {
        int a = 1, b = 2;
        b / a;
        /*测试注释和除号*/
        b > a;
        cout << "lwx！！！" << endl;
        return 0;
    }

> data.txt 文件截图：
> 
> ![20210424200948471.png][] ![20210424200948388.png][]

## 代码运行截图 ##

> 词法分析器，实验运行截图：
> 
> ![20210424200948317.png][]

# 四、总结与体会 #

> 此次实验，参照课本编写了扫描器的设计，并将其实现。实验过程中，遇到了诸多困难，但都一一解决，加深了我对课本概念的理解，收获甚多。
> 
> 使用文件操作的方式，从data.txt文件中读入要分析的程序，C语言中的文件操作并不难以实现，使用文件操作可以提升用户的体验感。编程时，将各个基本功能用函数来实现，使得程序的条理性增强了；全局变量的使用也使得数据在函数间的传递更加方便。
> 
> 本次实验结合书本上的理论知识，我进一步了解词法分析程序构造的一些细节。在实验中，发现了自身的许多不足，课下我会多加努力。

[20210424200948471.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/20210424200948471.png
[20210424200948388.png]: /images/20221022/89551ecf0fa84b7bae3c08ce191741ab.png
[20210424200948317.png]: /images/20221022/ad5afaf534ce47b5add99b64c2ed2b6b.png