Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Розробка та реалізація компонент
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
КН
Кафедра:
Кафедра електронних обчислювальних машин
Інформація про роботу
Рік:
2005
Тип роботи:
Курсовий проект
Предмет:
Інші
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний університет „Львівська політехніка”
Кафедра електронних
обчислювальних машин
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
на тему:
Розробка та реалізація компонент
системного програмного забезпечення.
Анотація
В курсовому проекті розроблено компілятор з простої мови програмування з назвою S8.
Компілятор розроблений в середовищі програмування Borland C/C++ на мові С, та поданий у пояснювальній записці, а також в електронному варіанті. В пояснювальній записці подано огляд існуючих методів розробки компіляторів, детальний опис мови, а також описано процес розробки програми компілятора на рівні блок-схем і тексту програми. В додатку міститься текст компілятора, а також результати тестування програми.
Завдання на курсовий проект
Розробити транслятор заданої вхідної мови програмування, до якої висуваються наступні базові вимоги :
Кожна програма починається зі слова pochatok і закінчується словом kinez. Все що до pochatok і після kinez не аналізується. Наприклад як у мові Паскаль begin end.
Програма має надавати можливість працювати зі змінними. Змінні перед використанням мають бути попередньо оголошені за наступним форматом: “тип даних” “змінна1”, “змінна2”; Наприклад int x,y;
Присвоєння до змінних виконується оператором присвоєння :=. Наприклад x:=y+5;
Програма має надавати можливість працювати з константами. Константи ініціюються наступним чином: “константа” = “число;”. Наприклад а=3;
Ввід даних зі стандартного вводу відбувається оператором in(), а вивід оператором out(). Наприклад in(x); out(y).
Програма має працювати з типом даних boolean, int.
Програма має виконувати операції ,&,~,>=
Програма має надавати можливість використовувати оператор repeat (Pascal)
Вихідною мовою трансляції є мова С.
Математичний вираз має бути розібраний в залежності від пріоритету виконання та розписаний викликом власних С функцій.
Цільова мова компілятора: ANSI C. Для отримання виконавчого файлу на виході розробленого компілятора скористатися програмою bcc.exe. Мова розробки компілятора: ANSI C. Реалізувати інтерфейс командного рядка. На вхід розробленого компілятора має подаватися текстовий файл, написаний на заданій мові програмування. На виході розробленого компілятора мають з’являтися чотири файли: файл з повідомленнями про помилки (або про їх відсутність), файл на мові СІ, об’єктний та виконавчий файли.
Назва вхідної мови програмування утворюється від першої букви у прізвищі студента та номеру його варіанту. Саме таке розширення повинні мати текстові файли, написані на цій мові програмування. Назва мови програмування, для якої розробляється компілятор у даному курсовому проекті – S8.
ВСТУП
Компілятор – це програма, яка читає текст програми, написаної на одній мові – початковій, і транслює (переводить) його в еквівалентний текст на іншій мові – цільовій. Одним з важливих моментів трансляції є повідомлення користувача про наявність помилок в початковій програмі.
Створення компіляторів є одною з невід‘ємних частин системного програмного забезпечення. Одним із завдань компілятора є переведення написаного тексту програми у машинний код, який повинен відповідати комп‘ютерній системі. Оскільки сьогоднішній час – час великого розвитку комп‘ютерної галузі, то створений машинний код з часом стає застарілим, тобто не відповідає принципу оптимального використання комп‘ютерних ресурсів. Тому для запобігання цього явища необхідно створювати нові компілятори, які б відповідали потребам теперішнього часу.
Проблема компіляції полягає в пошуку відповідності тексту вхідної програми конструкціям, що визначені граматикою. Граматика визначає форму або синтаксис допустимих виразів мови. Тому текст вхідної мови зручно подавати у вигляді послідовності лексем, що є неподільними одиницями мови. За допомогою компілятора програміст повинен мати можливість редагувати текст вхідної мови. Для цього компілятор має виявляти всі невідповідності тексту програми конструкціям мови і у випадку відсутності помилок генерувати об'єктний код або виконавчий модуль.
На перший погляд, різноманітність компіляторів приголомшує. Використовуються тисячі початкових мов, від традиційних, таких як Fortran і Pascal, до спеціалізованих, виникаючих у всіх областях комп'ютерних технологій. Цільові мови не менше різноманітні – це можуть бути інші мови програмування, різні машинні мови – від мов мікропроцесорів до суперкомп'ютерів. Іноді компілятори класифікують як однопрохідні, багатопрохідні, виконуючі, відлагоджуючі, оптимізуючі — залежно від призначення і принципів та технологій їх створення. Не дивлячись на уявну складність і різноманітність, основні задачі, виконувані різними компіляторами, по суті, одні і ті ж. Розуміючи ці задачі, ми можемо створювати компілятори для різних початкових мов і цільових машин з використанням одних і тих же базових технологій. Знання про організацію і написання компіляторів істотно зросли з часів перших компіляторів, що з'явилися на початку 1950-х рр. Сьогодні складно визначити, коли саме з'явився на світ перший компілятор, оскільки в ті роки проводилося багато експериментів і розробок різними незалежними групами. В основному метою цих розробок було перетворення в машинний код арифметичних формул. В 50-х роках про компілятори ходила слава як про програми, украй складні в написанні (наприклад, на написання першого компілятора Fortran було витрачено 18 людино-років роботи). З тих пір розроблені різноманітні системні технології рішення багатьох задач, що виникають при компіляції. Крім того, розроблені хороші мови реалізації, програмні середовища і програмний інструментарій. Завдяки цьому "солідний компілятор" може бути реалізований навіть як курсова робота по проектуванню компіляторів.
Зміст
Анотація ……………………………………………………………….……………… 2
Завдання на курсовий проект………………………………………………………….3
Вступ ……………………………………………………………………………………4
1. Аналітичний розділ……………………………………………………………….. 6
1.1. Фази компілятора……………………………………………………………….6
1.2. Лексичний аналіз………………………………………………………………..7
1.3. Синтаксичний аналіз…………………………………………………………...8
1.3.1. Обробка синтаксичних помилок………………………………………..9
1.4. Семантичний аналіз…………………………………………………………...10
1.4.1. Таблиці ідентифікаторів і таблиці символів…………………………..12
1.4.2. Таблиці ідентифікаторів………………………………………………. 12
1.5. Генератор коду………………………………………………………………...12
2. Розробка компілятора вхідної мови програмування ………………………..13
Формальний опис вхідної мови програмування………………………….….13
2.1.1 Повне дерево граматичного розбору…………………………………...15
Розробка лексичного аналізатора ……………………………………………16
2.2.1. Блок-схема лексичного аналізатора ………………………………….. 17
Розробка синтаксичного аналізатора ...……………………….…………..… 18
2.3.1. Блок-схема синтаксичного аналізатора ……………………………….19
Розробка генератора коду ………………………………………………..….. 20
3. Тестування компілятора........................................................................................21
3.1. Виявлення лексичних помилок ………...…….................................................21
3.2. Виявлення синтаксичних помилок ………......................................................21
3.3. Виявлення семантичних помилок ………...…….............................................22
3.4. Загальна перевірка коректності роботи компілятора …................................22
Висновки……………………………………………………………….……………...23
Література……………………………………………………………….…………….24
Додаток А. Текст програми………………………………………….………………25
Додаток Б. Тестові програми ………………………………………………………..37
Аналітичний розділ
Фази компілятора
Компілятор – програма, яка зчитує текст програми, що написана на одній мові –вхідній, і транслює (переводить) його в еквівалентний текст на іншій мові – цільовій. Процес компіляціі складається з двох частин: аналізу та синтезу.
Концептуально компілятор працює пофазно, причому в процесі кожної фази відбувається перетворення початкової програми з одного представлення в інше. Типове розбиття компілятора на фази показано на рис.1.
Рис.1. Фази компілятора.
На практиці деякі фази можуть бути згрупований разом і проміжні представлення програми усередині таких груп можуть явно не будуватися. Перші три фази формують аналізуючу частину компілятора. Управління таблицею символів і обробка помилок показані у взаємодії з шістьма фазами: лексичним аналізом, синтаксичним аналізом, семантичним аналізом, генерацією проміжного коду, оптимізацією коду і генерацією коду. Неформально диспетчер таблиці символів і обробник помилок також можуть вважатися "фазами" компілятора.
Однією з важливих функцій компілятора є запис використовуваних в початковій програмі ідентифікаторів і збір інформації про різні атрибути кожного ідентифікатора. Ці атрибути надають відомості про відведену ідентифікатору пам'ять, його тип, області видимості (де в програмі він може застосовуватися). При використанні імен процедур атрибути говорять про кількість і тип їх аргументів, метод передачі кожного аргументу (наприклад, по посиланню) і тип значення, що повертається, якщо таке є. Таблиця символів є структурою даних, що містить записи про кожний ідентифікатор з полями для його атрибутів. Дана структура дозволяє швидко знайти інформацію про будь-який ідентифікатор і внести необхідні зміни.
1.2. Лексичний аналіз
Лексичний аналізатор є першою фазою компілятора. Основна задача лексичного аналізу – розбити вихідний текст, що складається з послідовності одиночних символів, на послідовність слів, або лексем, тобто виділити ці слова з безперервної послідовності символів для передачі в синтаксичний аналізатор. На рис.2. схематично показано взаємодію лексичного і синтаксичного аналізаторів, яка звичайно реалізується шляхом створення лексичного аналізатора як підпрограма синтаксичного аналізатора (або підпрограми, що викликається ним). При отриманні запиту на наступний токен лексичний аналізатор зчитує вхідний потік символів до точної ідентифікації наступного токена.
Рис.2. Взаємодія лексичного і синтаксичного аналізаторів.
Всі символи вхідної послідовності розділяються на символи, що належать яким-небудь лексемам, і символи, що розділяють лексеми. В цьому випадку використовуються звичайнi засоби обробки рядків. Вхiдна програма проглядається послiдовно з початку до кінця. Базовi елементи, або лексичнi одиницi, роздiляються пробiлами, знаками операцiй i спецiальними символами (новий рядок, знак табуляції), i таким чином видiляються та розпізнаються iдентифiкатори, лiтерали i термiнальнi символи (операцiї, ключові слова).
При виділенні лексеми вона розпізнається та записується у таблицю лексем за допомогою відповідного номера лексеми, що є унікальним для кожної лексеми із усього можливого їх набору. Це дає можливість наступним фазам компiляції звертатись до лексеми не як до послідовності символів, а як до унікального номера лексеми, що значно спрощує роботу синтаксичного аналізатора: легко перевіряти належність лексеми до відповідної синтаксичної конструкції та є можливість легкого перегляду програми, як вгору, так і вниз, від текучої позиції аналізу. Також в таблиці лексем ведуться записи, щодо рядка відповідної лексеми (для локалізації місця помилки) та інша додаткова інформація.
При лексичному аналiзі виявляються i вiдзначаються лексичнi помилки (наприклад, недопустимi символи i неправильнi iдентифiкатори). Лексична фаза вiдкидає також i коментарi, оскiльки вони не мають нiякого впливу на виконання програми, отже ж й на синтаксичний розбір та генерацію коду.
Лексичний аналізатор (сканер) не обов’язково обробляє всю програму до початку всіх інших фаз. Якщо лексичний аналіз не виділяється як окрема фаза компіляції, а є частиною синтаксичного аналізу, то лексична обробка тексту програми виконується по мірі необхідності по запиту синтаксичного аналізатора.
Є ряд причин, по яких фаза аналізу компіляції розділяється на лексичний і синтаксичний аналізи:
Мабуть, найважливішою причиною є спрощення розробки. Відділення лексичного аналізатора від синтаксичного часто дозволяє спростити одну з фаз аналізу. Наприклад, включення в синтаксичний аналізатор коментарів і пропусків істотно складніше, ніж видалення їх лексичним аналізатором. При створенні нової мови розділення лексичних і синтаксичних правил може привести до більш чіткої і ясної побудови мови.
Збільшується ефективність компілятора. Окремий лексичний аналізатор дозволяє створити спеціалізований і потенційно більш ефективний процесор для вирішення поставленої задачі. Оскільки на читання початкової програми і розбір її на токени витрачається багато часу, спеціалізовані технології буферизації і обробки токенів можуть істотно підвищити продуктивність компілятора.
Збільшується переносимість компілятора. Особливості вхідного алфавіту і інші специфічні характеристики пристроїв, що використовуються, можуть обмежувати можливості лексичного аналізатора. Наприклад, таким чином може бути вирішена проблема спеціальних нестандартних символів, таких як Т в Pascal.
Існує ряд спеціалізованих інструментів, призначених для автоматизації побудови лексичних і синтаксичних аналізаторів (у тому випадку, коли вони розділені).
1.3. Синтаксичний аналіз
Синтаксичний аналіз – це процес, в якому досліджується послідовність лексем, яку повернув лексичний аналізатор, і визначається, чи відповідає вона структурним умовам, що сформульовані у визначені синтаксису мови.
Синтаксичний аналізатор – це частина компілятора, яка відповідає за виявлення основних синтаксичних конструкцій вхідної мови. В задачу синтаксичного аналізатора входить: знайти та виділити основні синтаксичні конструкції мови в послідовності лексем програми, встановити тип та правильність побудови кожної синтаксичної конструкції і представити синтаксичні конструкції у вигляді, зручному для подальшої генерації тексту результуючої програми. Крім того, важливою функцією є локалізація синтаксичних помилок. Як правило, синтаксичні конструкції мови програмування можуть бути описані за допомогою контекстно-вільних граматик. Розпізнавач дає відповідь на питання, належить чи ні, ланцюжок вхідних лексем заданій мові. Але задача синтаксичного аналізу не обмежується тільки такою перевіркою. Синтаксичний аналізатор повинен мати деяку результуючу мову, за допомогою якої він передає наступним фазам компіляції інформацію про знайдені і розібрані синтаксичні конструкції, якщо відокремлюється фаза генерації об’єктного коду.
Кожна мова програмування має правила, які визначають синтаксичну структуру коректних програм. В Pascal, наприклад, програма створюється з блоків, блок – з інструкцій, інструкції – з виразів, вирази – з токенів і т.д. Синтаксис конструкцій мови
програмування може бути описаний за допомогою контекстно-вільних граматик або нотації БНФ (Backus-Naur Form, форма Бекуса-Наура). Граматики забезпечують значні переваги розробникам мов програмування і авторам компіляторів.
Граматика дає точну і при цьому просту для розуміння синтаксичну специфікацію мови програмування.
Для деяких класів граматик ми можемо автоматично побудувати ефективний синтаксичний аналізатор, який визначає, чи коректна структура початкової
програми. Додатковою перевагою автоматичного створення аналізатора є можливість виявлення синтаксичних неоднозначностей та інших складних для розпізнавання конструкцій мови, які інакше могли б залишитися непоміченими на початкових фазах створення мови і його компілятора.
Правильно побудована граматика додає мові програмування структуру, яка сприяє полегшенню трансляції початкової програми в об'єктний код і виявленню помилок. Для перетворення описів трансляції, заснованих на граматиці мови,
в робочій програмі є відповідний програмний інструментарій.
З часом мови еволюціонують, збагатившись новими конструкціями і виконуючи нові задачі. Додавання конструкцій в мову виявиться більш простою задачею, якщо існуюча реалізація мови заснована на його граматичному описі.
Є три основні типи синтаксичних аналізаторів граматик. Універсальні методи розбору, такі як алгоритми Кока-Янгера-Касамі або Ерлі, можуть працювати з будь-якою граматикою. Проте ці методи дуже неефективні для використання в промислових компіляторах. Методи, які звичайно використовуються в компіляторах, класифікуються як низхідні (зверху вниз, top-down) або висхідні (з низу до верху, bottom-up). Як видно з назв, низхідні синтаксичні аналізатори будують дерево розбору зверху вниз (до листя), тоді як висхідні починають з листя і йдуть до кореня. В обох випадках вхідний потік синтаксичного аналізатора сканується посимвольний зліва направо. Найефективніші низхідні і висхідні методи працюють тільки з підкласами граматик, проте деякі з цих підкласів, такі як LL- і LR-граматики, достатньо виразні для опису більшості синтаксичних конструкцій мов програмування. Реалізовані вручну синтаксичні аналізатори частіше працюють з LL-граматиками. Синтаксичні аналізатори для дещо більшого класу LR-граматик звичайно створюються за допомогою автоматизованих інструментів. Будемо вважати, що вихід синтаксичного аналізатора є деяким представленням дерева розбору вхідного потоку токенів, виданого лексичним аналізатором. На практиці є безліч задач, які можуть супроводжувати процес розбору, - наприклад, збір інформації про різні токени в таблиці символів, виконання перевірки типів і інших видів семантичного аналізу, а також створення проміжного коду. Всі ці задачі представлені одним блоком "Інші задачі початкової фази компіляції" рис.3.
Рис.3. Місце синтаксичного аналізатора в моделі компілятора
1.3.1. Обробка синтаксичних помилок.
Якщо компілятор матиме справу виключно з коректними програмами, його розробка і реалізація істотно спрощуються. Проте дуже часто програмісти пишуть програми з помилками, і добрий компілятор повинен допомогти програмісту знайти їх і локалізувати. Примітно, що хоча помилки — явище надзвичайно поширене, лише в декількох мовах питання обробки помилок розглядалося ще на фазі створення мови. Наша цивілізація істотно відрізнялася б від свого нинішнього стану, якби в природних мовах були такі ж вимоги до синтаксичної точності, як і в мовах програмування.
Більшість специфікацій мов програмування, проте, не визначає реакції компілятора на помилки — це питання віддається на відкуп розробникам компілятора. Проте планування системи обробки помилок з самого початку роботи над компілятором може як спростити його структуру, так і поліпшити його реакцію на помилки.
Ми знаємо, що будь-яка програма потенційно містить безліч помилок самого різного рівня. Наприклад, помилки можуть бути
• лексичними, такими як невірно записані ідентифікатори, ключові слова або
оператори;
• синтаксичними, наприклад, арифметичні вирази з незбалансованими дужками;
• семантичними, такими як оператори, використані до несумісних операндів;
• логічними, наприклад нескінченна рекурсія.
Часто основні дії по виявленню помилок і відновленню після них концентруються у фазі синтаксичного аналізу. Одна з причин цього полягає в тому, що багато помилок за своєю природою є синтаксичними або виявляються, коли потік токенів, що йде від лексичного аналізатора, порушує визначаючі мова програмування граматичні правила. Друга причина полягає в точності сучасних методів розбору; вони дуже ефективно виявляють синтаксичні помилки в програмі. Визначення присутності в програмі семантичних або логічних помилок — задача набагато складніша.
Обробник помилок синтаксичного аналізатора має дуже просто формульовану мету:
• він повинен ясно і точно повідомляти про наявність помилок;
• він повинен забезпечувати швидке відновлення після помилки, щоб продовжити
пошук подальших помилок;
• він не повинен істотно уповільнювати обробку коректної програми.
Ефективна реалізація цієї мети є вельми складною задачею. На щастя, звичайні помилки достатньо прості, і для їх обробки часто достатньо простих механізмів обробки помилок.
В деяких випадках, проте, помилка може відбутися задовго до моменту її виявлення (і за багато рядків коду до місця її виявлення), і визначити її природу вельми непросто. В складних ситуаціях обробник помилок, по суті, повинен просто здогадатися, що саме мав на увазі програміст, коли писав програму. Деякі методи розбору, такі як LL і LR, виявляють помилки, як тільки це стає можливим. Точніше кажучи, вони володіють властивістю перевірки коректності префіксів, тобто виявляють помилку, як тільки з'ясовується що префікс вхідної інформації не є префіксом жодного коректного рядка мови.
1.4. Семантичний аналіз
В процесі роботи компілятор зберігає інформацію про об'єкти програми. Як правило, інформація про кожний об'єкт складається із двох основних елементів: імені об'єкта і його властивостей. Інформація про об'єкти програми повинна бути організована так, щоб пошук її був по можливості швидше, а необхідної пам'яті по можливості менше. Крім того, з боку мови програмування можуть бути додаткові вимоги.
Імена можуть мати певну область видимості. Наприклад поле запису повинне бути унікально в межах структури (або рівня структури), але може співпадати з ім'ям об'єктів зовні запису (або іншого рівня запису). В той же час ім'я поля може відкриватися оператором приєднання, і тоді може виникнути конфлікт імен (або неоднозначність в трактуванні імені). Якщо мова має блокову структуру, то необхідно забезпечити такий спосіб зберігання інформації, щоб, по-перше підтримувати блоковий механізм видимості, а по-друге – ефективно звільняти пам'ять по виході з блоку. В деяких мовах (наприклад, Аді) одночасно (в одному блоці) можуть бути видимі декілька об'єктів з одним ім'ям, в інших така ситуація неприпустима. Є декілька основних способів організації інформації в компіляторах:
таблиці ідентифікаторів;
таблиці символів;
способи реалізації блокової структури;
Перевірка типів
Компілятор повинен переконатися, що початкова програма слідує як синтаксичним, так і семантичним угодам початкової мови. Така перевірка, іменована статичній (static checking), — на відміну від динамічної, виконуваної в процесі роботи цільової програми, — гарантує, що будуть виявлені певні типи програмних помилок.
Нижче представлені приклади статичних перевірок.
1. Перевірки типів. Компілятор повинен повідомляти про помилку, якщо оператор застосовується до несумісному з ним операнда, наприклад при складанні змінних, що є масивом і функцією.
2. Перевірки управління. Передача управління за межі мовних конструкцій повинна проводитися в певне місце. Наприклад, в мові програмування С оператор break передає управління за межі самої вкладеної інструкції while, for або switch; якщо ж такі відсутні, то виводиться повідомлення про помилку.
3. Перевірки єдиності. Існують ситуації, коли об'єкт може бути визначений тільки один раз. Наприклад, в мові програмування Pascal ідентифікатор повинен оголошуватися тільки один раз, всі мітки в конструкції case повинні бути різний, а елементи в скалярному типі не повинні повторюватися.
4. Перевірки, пов'язані з іменами. Іноді одне і те ж ім'я повинне використовуватися двічі (або більше число раз). Наприклад, в мові програмування Ada цикл або блок може мати ім'я, яке повинне знаходитися як на початку, так і в кінці конструкції.
Компілятор повинен перевірити, що в обох місцях використовується одне і те ж ім'я. В цьому розділі нас, в першу чергу, цікавить перевірка типів. Як видно з наведених приклади, більшість інших статичних перевірок є рутинною і може бути реалізований
з використанням технологій, описаних в попередньому розділі. Деякі з них можуть використовуватися і для виконання інших дій. Наприклад, при внесенні інформації про ім'я в таблицю символів ми можемо переконатися в єдиності оголошення даного
імені. Багато компіляторів Pascal об'єднують статичні перевірки і генерацію проміжного коду з синтаксичним аналізом. За наявності складніших конструкцій, на зразок тих, що використовуються в мові програмування Ada, може виявитися більш зручним виконати окремий прохід для проведення перевірок типів між синтаксичним аналізом і генерацією проміжного коду, як показано на рис.4.
Рис.4. Місце семантичного аналізатора в моделі компілятора.
Програма перевірки типів перевіряє, щоб тип конструкції відповідав очікуваному в даному контексті. Наприклад, вбудований арифметичний оператор mod в Pascal вимагає цілих операндів, тому програма перевірки типів повинна перевірити, щоб операнди mod в початковій програмі — цілого типу. Так само програма перевірки типів повинна переконатися, що операція розіменування застосовується до покажчика, індексація виконується з масивом, що визначена користувачем функція викликається з коректним числом аргументів вірного типу і т.д. Інформація про типи, зібрана програмою перевірки типів, може бути потрібною при генерації коду. Наприклад, звичайно арифметичні оператори типу + застосовуються до цілих і дійсних чисел, а можливо, і до інших типів даних, так що для визначення значення оператора + потрібен розгляд контексту його застосування. Символ, який може представляти різні операції в різних контекстах, називається "перевантаженим" (overloaded). Перевантаження може супроводитися примусовим перетворенням типів операндів в очікувані в даному контексті, яке виконується компілятором. Інше поняття, відмінне від поняття перевантаження, — поліморфізм. Тіло поліморфної функції може виконуватися з аргументами різних типів.
1.4.1. Таблиці ідентифікаторів і таблиці символів
Як вже було сказано, інформацію про об'єкт звичайно можна розділити на дві частини: ім'я (ідентифікатор) і опис. Зручно ці характеристики об'єкта зберігати окремо. Це обумовлено двома причинами: 1) символьне представлення ідентифікатора може мати невизначену довжину і бути досить довгим; 2) різні об'єкти в одній області видимості і/або в різних можуть мати однакові імена і не потрібно займати пам'ять для повторного зберігання ідентифікатора.
Таблицю для зберігання ідентифікаторів називають таблицею ідентифікаторів, а таблицю для зберігання властивостей об'єктів – таблицею символів. В такому разі однією з властивостей об'єкта стає його ім'я і в таблиці символів зберігається покажчик на відповідний вхід в таблицю ідентифікаторів.
1.4.2. Таблиці ідентифікаторів
Якщо довжина ідентифікатора обмежена (або ім'я ідентифікуєтьсяпо обмеженому числу перших символів ідентифікатора), то таблиця ідентифікаторів може бути організована у вигляді простого масиву рядків фіксованої довжини. Деякі входи можуть бути зайняті, деякі – вільні.
Ясно, що:
розмір масиву повинен бути не менше числа ідентифікаторів, які можуть реально з'явитися у програмі (інакше виникає переповнювання таблиці);
як правило, потенційне число різних ідентифікаторів істотно більше за розмір таблиці.
Пошук у такій таблиці може бути організований методом повторної розстановки. Другий спосіб організації таблиці ідентифікаторів – зберігання ідентифікаторів в суцільному масиві символів. В цьому випадку ідентифікатору відповідає номер його першого символа в цьому масиві. Ідентифікатор у масиві закінчується яким-небудь спеціальним символом (EOS). Другий можливий варіант
– як перший символ ідентифікатора в масив заноситься його довжина. Для організаці їпошуку в такому масиві створюється таблиця розстановки.
1.5. Генерація коду
На даному етапі генерується код майбутньої програми. Код може бути у вигляді асемблерної програми, у вигляді машинних інструкцій тощо. Головна мета етапу: створити оптимізований код для виконання (запуску) програми завантажувачем. Для оптимізації швидкодії критичні участки програми пишуться на нижчих мовах програмування. Це було можливим до тієї пори, поки Інтел не розробили нові сучасні процесори. Так як в сучасних процесорах програміст не в стані ефективно передбачити в якому порядку виконуватимуться інструкції, а тому він не в стані писати оптимізований код. За нього це має робити і робить оптимізуючий компілятор.
2. Розробка компілятора вхідної мови програмування
2.1. Формальний опис вхідної мови програмування
Одною з перших задач, що виникають при побудові компілятора, є визначення вхідної мови програмування. Для цього я використовую розширену нотацію Бекуса-Наура (Backus/Naur Form - BNF).
Перелік термінальних символів та ключових слів
{ } ;
: = + & ~ > ( )
pochatok
kinez
.
boolean
int
in
out
repeat
until
0..9
a..z,A..Z, ’ ‘
20+10+52+1=83 термінальних символів.
Приорітет операторів: 1. &
~
>=
В проекті потрібно реалізувати оператор repeat-until, а саме, його форму із мови Pascal :
repeat
< block >
until
(
<expr>
)
;
Формальний опис вхідної мови в термінах BNF.
Правила написання правил у розширеній нотації Бекуса-Наура:
нетермінальні вирази записуються у кутових дужках: “<”, “>” ;
термінальні вирази записуються жирним шрифтом або у подвійних лапках;
усі нетермінальні вирази мають бути “розкриті” за допомогою термінальних;
сивол “::=” відділяє праву частину правила від лівої;
символ “|” розділяє альтернативи;
сиволи “[”, “]” означають необов’язковість (вираз в дужках може бути відсутнім);
сиволи “{”, “}” означають повторення.
<program> ::= “pochatok” [{<block>}] “kinez” ”.”
<block> ::= <stmt> | “pochatok” [{<block>}] [{<stmt>}] “kinez”
<stmt> ::= <declaration> | <const> | <operator>
<declaration> ::= <type> <id> [ {“,” <id>} ] ”;”
<const> ::= <id> “=” <num> “;”
<operator> ::= <bind> | <inop> | <outop> | <repeatop>
<bind> ::= <id> “:” “=” <expr> “;”
<inop> ::= “in” “(“ <expr> “)” “;”
<outop> ::= “out” “(“ <expr> “)” “;”
<repeatop> ::= “repeat” <block> “until” “(“ <expr> “)“;”
<type> ::= “boolean” | “int”
<id> ::= <letter>[{<letter>|<number>}]
<num> ::= <number>[{<number>}]
<letter> ::= a|b|c|d|e|f|g|h|i|j|k|l|n|m|o|p|q|r|s|t|u|v|w|x|y|z| A|B|C|D|E|F|G|H|I|J|K|L|N|M|O|P|Q|R|S|T|U|V|W|X|Y|Z
<number> ::= 0|1|2|3|4|5|6|7|8|9
<expr> ::= <operand> [{<op> <operand>}]
<operand> ::=”(”<expr>“)” | <num> | <id> [”[”<expr>”]”]
<op> ::= <grteq>
<grteq> ::= <inv> | ”>=”
<inv> ::= <logicalop> | “~”
<logicalop> ::= “&” | “+” | [<op>]
Формальний опис складено за допомогою 21-ого нетермінального виразу.
Повне дерево граматичного розбору
2.2. Розробка лексичного аналізатора
Основна задача лексичного аналізу – розбити вихідний текст, що складається з послідовності одиночних символів, на послідовність слів, або лексем, тобто виділити ці слова з безперервної послідовності символів. Всі символи вхідної послідовності з цієї точки зору розділяються на символи, що належать яким-небудь лексемам, і символи, що розділяють лексеми. В цьому випадку використовуються звичайнi засоби обробки рядків. Вхiдна програма проглядається послiдовно з початку до кінця. Базовi елементи, або лексичнi одиницi, роздiляються пробiлами, знаками операцiй i спецiальними символами (новий рядок, знак табуляції), i таким чином видiляються та розпізнаються iдентифiкатори, лiтерали i термiнальнi символи (операцiї, ключові слова).
При виділенні лексеми вона розпізнається та записується у таблицю лексем за допомогою відповідного номера лексеми, що є унікальним для кожної лексеми із усього можливого їх набору. Це дає можливість наступним фазам компiляції звертатись лексеми не як до послідовності символів, а як до унікального номера лексеми, що значно спрощує роботу синтаксичного аналізатора: легко перевіряти належність лексеми до відповідної синтаксичної конструкції та є можливість легкого перегляду програми, як вгору, так і вниз, від текучої позиції аналізу. Також в таблиці лексем ведуться записи, щодо рядка відповідної лексеми – для місця помилки – та додаткова інформація.
При лексичному аналiзі виявляються i вiдзначаються лексичнi помилки (наприклад, недопустимi символи i неправильнi iдентифiкатори). Лексична фаза вiдкидає також i коментарi, оскiльки вони не мають нiякого впливу на виконання програми, отже ж й на синтаксичний розбір та генерацію коду.
Лексичний аналізатор (сканер) не обов’язково обробляє всю програму до початку всіх інших фаз. Якщо лексичний аналіз не виділяється як окрема фаза компіляції, а є частиною синтаксичного аналізу, то лексична обробка тексту програми виконується по мірі необхідності по запиту синтаксичного аналізатора.
Блок-схема лексичного аналізатора
2.3. Розробка синтаксичного аналізатора
Синтаксичний аналіз – це процес, в якому досліджується послідовність лексем, яку повернув лексичний аналізатор, і визначається, чи відповідає вона структурним умовам, що сформульовані у визначені синтаксису мови.
Синтаксичний аналізатор – це частина компілятора, яка відповідає за виявлення основних синтаксичних конструкцій вхідної мови. В задачу синтаксичного аналізатора входить: знайти та виділити основні синтаксичні конструкції мови в послідовності лексем програми, встановити тип та правильність побудови кожної синтаксичної конструкції і представити синтаксичні конструкції у вигляді, зручному для подальшої генерації тексту результуючої програми. Як правило, синтаксичні конструкції мови програмування можуть бути описані за допомогою контекстно-вільних граматик. Розпізнавач дає відповідь на питання, належить чи ні, ланцюжок вхідних лексем заданій мові. Але, задача синтаксичного аналізу, не обмежується тільки такою перевіркою. Синтаксичний аналізатор повинен мати, деяку результуючу мову, за допомогою якої він передає наступним фазам компіляції, інформацію про знайдені і розібрані синтаксичні конструкції, якщо відокремлюється фаза генерації об’єктного коду.
2.3.1 Блок-схема синтаксичного аналізатора
2.4. Розробка генератора коду
Вихідною мовою компілятора є мова високого рівня С. Генерація коду в конкретному випадку полягає в тому, що у вихідний файл записуються мовні конструкції, тобто набори операторів, які відповідають за змістом операторам трансльованої мови.
Наприклад, у вхідному файлі маємо конструкцію:
pochatok
int x;
x:=88;
out(x);
kinez.
В такому випадку генератор сформує наступну послідовність операторів:
#include <stdio.h>
void main()
{
int x;
x=88;
printf("\n%d",x);
}
Цей приклад показує найпростіший варіант генерації вихідного коду.
Оскільки, це ще не машинний код, потрібно викликати компілятор мови С, наприсклад Borland C/C++ Compiler, для запуску написаної програми.
3. Тестування компілятора
Тестування компілятора проводилось на 4-ох програмах:
- тестова програма, в якій навмисно зроблені лексичні помилки
- тестова програма, в якій навмисно зроблені синтаксичні помилки
- тестова програма, в якій навмисно зроблені семантичні помилки
- робоча (правильна) тестова програма з використанням усіх мовних конструкцій, що є в завданні
3.1. Виявлення лексичних помилок
Програма на вхідній мові, що містить навмисно допущені лексичні помилки міститься у файлі LexError.S8 (див. Додатки).
Запуск на компілювання відбувається наступним чином:
S8.exe lex.S8
В результаті на екрані ми отримуєм наступні повідомлення:
line: 2 > '@' symbol not allowed
З повідомлення випливає, що в ході компіляції було виявлено невідомий символ ’@’ в 2-ому рядку.
Під час роботи сканера може виникнути помилка вище наведеного типу (тобто виявлено невідому лексему), а також неправильне оголошення ім’я змінної (коли першою є цифра).
3.2. Виявлення синтаксичних помилок
Програма на вхідній мові, що містить навмисно допущені синтаксичні помилки міститься у файлі SyntError.S8 (див. Додатки).
Запуск на компілювання відбувається наступним чином:
S8.exe synt.S8
В результаті на екрані ми отримуєм наступні повідомлення:
line: 6 > ';' expected
З повідомлення випливає, що в ході компіляції було виявлено синтаксичну помилку – пропущено роздільник ’;’. Після цьог компіляцію було перервано.
Можливі наступні типи синтаксичних помилок, що реалізовані в компіляторі:
Відсутній початок програми
Не знайдено кінець
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора