面具下的伍知
面具下的伍知

C语言词法分析器的设计与实现——程序设计与编译原理

 

                                                                                          南华大学

                                                                                  计算机学院/软件学院

                                                                                         实 验 报 告

 

                                                                （ 2017 ~2018 学年度 大二  第 二 学期 ）

 

 

课程名称

程序设计与编译原理

 

实验名称

C语言词法分析器的设计与实现

 

 

 

姓名

LFY

学号

2016

 

专业

 

班级

 

 

地点

 

教师

 

 

 

1.实验目的及要求

实验目的：

通过设计、编制、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，并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。

实验要求：

1、根据具体情况，自己选取C++ 语言的一个适当大小的子集(可取一类典型单词，也可以尽可能使各种类型的单词都兼顾到)；在实现前一定要制出相应的表．

2、验时间：4－8学时．

3、检查内容及时间：

           A) 完整的实验报告(算法流程必须要有)；

           B) 在机器上调试成功的源程序；  

4、对单词的构词规则有明确的定义；

5、编写的分析程序能够正确识别源程序中的单词符号；

6、识别出的单词以<种别码，值>的形式保存在符号表中，正确设计和维护符号表；

7、对于源程序中的词法错误，能够做出简单的错误处理，给出简单的错误提示，保证顺利完成整个源程序的词法分析；

 

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。

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：VisualStudio编写、调试并执行实验代码

硬件：普通笔记本电脑，windows10（OS系统）

 

  1. 实验步骤
  2. 定义目标语言的可用符号表和构词规则；

保留字（类型编码：1）

单词符号

表内位置

单词符号

表内位置

main

1

int

2

if

3

else

4

while

5

for

6

read

7

write

8

bool

9

break

10

case

11

catch

12

char

13

class

14

const

15

continue

16

default

17

delete

18

do

19

double

20

enum

21

false

22

true

23

float

24

friend

25

goto

26

inline

27

long

28

new

29

private

30

protected

31

public

32

return

33

short

34

signed

35

sizeof

36

static

37

struct

38

switch

39

this

40

try

41

typedef

42

unsigned

43

using

44

virtual

45

void

46

include

47

iostream

48

namespace

49

std

50

 

界符

（

121

）

122

，

123

；

124

{

125

}

126

#

127

 

 

 

运算符

+

210

-

211

*

212

/

213

<

214

<=

215

>

216

>=

217

!=

218

==

219

=

220

 

 

 

  1. 依次读入源程序符号，对源程序进行单词切分和识别，直到源程序结束；
  2. 对正确的单词，按照它的种别以<种别码，值>的形式保存在符号表中；
  3. 对不正确的单词，做出错误处理。

3. 实验内容

状态转换图：

 C语言词法分析器的设计与实现——程序设计与编译原理_第1张图片

流程图：

 C语言词法分析器的设计与实现——程序设计与编译原理_第2张图片

 源程序：

//头文件
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;
string instr;//输入符号串
int index;//当前输入符号读入字符的位置
char character;//全局变量字符，存放最新读入的字符
string token;//字符数组，存放已读入的字符序列
map Symbol;//标识符集
map Digit;//常数集
map::iterator ite;
const int len = 100;
string Reserve[len];//保留字表
string Boundary[2*len];//界符
string Operator[3 * len];//运算符
struct Binary {
	Binary(int c,int i,string v="-") {
		category = c;
		index = i;
		value = v;
	}
	int category=0;
	int index=0;
	string value="-";
};
void init_Reserve() {//构造保留字表的函数
	Reserve[1] = "main";
	Reserve[2] = "int";
	Reserve[3] = "if";
	Reserve[4] = "else";
	Reserve[5] = "while";
	Reserve[6] = "for";
	Reserve[7] = "read";
	Reserve[8] = "write";
	Reserve[9] = "bool";
	Reserve[10] = "break";
	Reserve[11] = "case";
	Reserve[12] = "catch";
	Reserve[13] = "char";
	Reserve[14] = "class";
	Reserve[15] = "const";
	Reserve[16] = "continue";
	Reserve[17] = "default";
	Reserve[18] = "delete";
	Reserve[19] = "do";
	Reserve[20] = "double";
	Reserve[21] = "enum";
	Reserve[22] = "false";
	Reserve[23] = "true";
	Reserve[24] = "float";
	Reserve[25] = "friend";
	Reserve[26] = "goto";
	Reserve[27] = "inline";
	Reserve[28] = "long";
	Reserve[29] = "new";
	Reserve[30] = "private";
	Reserve[31] = "protected";
	Reserve[32] = "public";
	Reserve[33] = "return";
	Reserve[34] = "short";
	Reserve[35] = "signed";
	Reserve[36] = "sizeof";
	Reserve[37] = "static";
	Reserve[38] = "struct";
	Reserve[39] = "switch";
	Reserve[40] = "this";
	Reserve[41] = "try";
	Reserve[42] = "typedef";
	Reserve[43] = "unsigned";
	Reserve[44] = "using";
	Reserve[45] = "virtual";
	Reserve[46] = "void";
	Reserve[47] = "include";
	Reserve[48] = "iostream";
	Reserve[49] = "namespace";
	Reserve[50] = "std";
}
void init_Operator() {//初始化运算符表
	Operator[210] = "+";
	Operator[211] = "-";
	Operator[212] = "*";
	Operator[213] = "/";
	Operator[214] = "<";
	Operator[215] = "<=";
	Operator[216] = ">";
	Operator[217] = ">=";
	Operator[218] = "!=";
	Operator[219] = "==";
	Operator[220] = "=";
}
void init_Boundary() {//界符表初始化
	Boundary[121] = "(";
	Boundary[122] = ")";
	Boundary[123] = ",";
	Boundary[124] = ";";
	Boundary[125] = "{";
	Boundary[126] = "}";
	Boundary[127] = "#";
}

void getChar() {//读入一个字符
	character = instr[index++];
}
void getnbc() {//读入非空白字符
	while (character == ' ') {
		getChar();
	}
}
void concat() {//连接字符串
	token = token + character;
}
bool letter() {//判断是否为字母
	if ((character >= 'A'&&character <= 'Z') || (character >= 'a'&&character <= 'z'))
		return true;
	return false;
}
bool digit() {//判断是否为数字
	if (character >= '0'&&character <= '9')
		return true;
	return false;
}
void retract(){//回退字符的函数
	character = ' ';
	index--;
}
int reserve() {//匹配保留字符
	for (int i = 0; i < len; i++)
		if (Reserve[i] == token)return i;
	return -1;
}
string symbol() {
	ite = Symbol.find(token);
	if (ite != Symbol.end()) {
		return ite->first;
	}
	else {
		Symbol[token] = Symbol.size();
		return token;
	}
}
string constant() {
	ite = Digit.find(token);
	if (ite != Digit.end()) {
		return ite->first;
	}
	else {
		Digit[token] = Digit.size();
		return token;
	}
}
Binary error() {
	cout << token << "\t-->\t该单词不存在" << endl;
	return Binary(0, 0);
}
//词法分析函数，逐个识别单词
Binary LexAnalyze() {
	token = "";
	getChar();
	getnbc();
	string val;
	int num = -1;
	switch (character) {
	case'a':
	case'b':
	case'c':
	case'd':
	case'e':
	case'f':
	case'g':
	case'h':
	case'i':
	case'j':
	case'k':
	case'l':
	case'm':
	case'n':
	case'o':
	case'p':
	case'q':
	case'r':
	case's':
	case't':
	case'u':
	case'v':
	case'w':
	case'x':
	case'y':
	case'z':
	case'A':
	case'B':
	case'C':
	case'D':
	case'E':
	case'F':
	case'G':
	case'H':
	case'I':
	case'J':
	case'K':
	case'L':
	case'M':
	case'N':
	case'O':
	case'P':
	case'Q':
	case'R':
	case'S':
	case'T':
	case'U':
	case'V':
	case'W':
	case'X':
	case'Y':
	case'Z':
		while (letter() || digit()) {//为字母或数字
			concat();//追加到token末尾
			getChar();//读取下一个字符
		}
		retract();//回退一个字符
		num = reserve();//查看保留字表
		if (num != -1) {
			return Binary(num,0);
		}
		else {
			val = symbol();//查看标识符表
			return Binary(1, Symbol[val],val);
		}
		break;
	case'0':
	case'1':
	case'2':
	case'3':
	case'4':
	case'5':
	case'6':
	case'7':
	case'8':
	case'9':
		while (digit()) {//为数字
			concat();
			getChar();
		}
		retract();
		val = constant();//查看常数表
		return Binary(2,Digit[val],val);
		break;
	case'<':
		getChar();
		if (character == '=') return Binary(215,0);//返回<=符号
		else {
			retract();
			return Binary(214, 0);//返回<符号
		}
		break;
	case'>':
		getChar();
		if (character == '=')return Binary(217, 0);//返回>=符号
		else {
			retract();
			return Binary(216, 0);//返回>符号
		}
		break;
	case'=':
		getChar();
		if (character == '=') return Binary(219, 0);//返回==符号
		else {
			retract();
			return Binary(220, 0);//返回=符号
		}
		break;
	case'!':
		getChar();
		if (character == '=')return Binary(218, 0);
		else return error();
		break;
	case'+':
		return Binary(210, 0);
		break;
	case'-':
		return Binary(211, 0);
		break;
	case'*':
		return Binary(212, 0);
		break;
	case'/':
		return Binary(213, 0);
		break;
	case'(':
		return Binary(121, 0);
		break;
	case')':
		return Binary(122, 0);
		break;
	case',':
		return Binary(123, 0);
		break;
	case';':
		return Binary(124, 0);
		break;
	case'{':
		return Binary(125, 0);
		break;
	case'}':
		return Binary(126, 0);
		break;
	case'#':
		return Binary(127, 0);
		break;
	default:
		return error();
	}
}
void show_table() {
	cout << "=================="<<"保留字"<<"==================" << endl;
	cout << "保留字符\t类别编码" << endl;
	for (int i = 0; i < len; i++) {
		if (Reserve[i] != "") {
			if(Reserve[i].size()>=8)
				cout << Reserve[i] << "\t" << i << endl;
			else
				cout << Reserve[i] << "\t\t" << i << endl;
		}
	}
	cout << "\n==================" << "界符" << "==================" << endl;
	cout << "界符\t\t类别编码" << endl;
	for (int i = 0; i < 2 * len; i++) {
		if (Boundary[i] != "") {
			cout << Boundary[i] << "\t\t" << i << endl;
		}
	}
	cout << "\n==================" << "运算符" << "==================" << endl;
	cout << "运算符\t\t类别编码" << endl;
	for (int i = 0; i < 3 * len; i++) {
		if (Operator[i] != "") {
			cout << Operator[i] << "\t\t" << i << endl;
		}
	}
	cout << "\n==================" << "标识符" << "==================" << endl;
	cout << "标识符\t\t类别编码\t表中位置" << endl;
	for (ite=Symbol.begin(); ite != Symbol.end(); ite++) {
		if(ite->first.size()>=8)
			cout << ite->first<< "\t1\t\t" << ite->second << endl;
		else
			cout << ite->first << "\t\t1\t\t" << ite->second << endl;
	}
	cout << "\n==================" << "常数表" << "==================" << endl;
	cout << "常量值\t\t类别编码\t表中位置" << endl;
	for (ite = Digit.begin(); ite != Digit.end(); ite++) {
		cout << ite->first << "\t\t2\t\t" << ite->second << endl;
	}
}
int main() {
	init_Reserve();//保留字表初始化
	init_Boundary();//界符表初始化
	init_Operator();//运算符表初始化
	Symbol.clear();//标识符集初始化
	Digit.clear();//常数集初始化
	index = 0;
	character = ' ';
	token = "";
	cout << "请输入待词法分析的源程序代码：输入@代表结束输入\n" << endl;
	//源程序代码输入处理
	string in;
	while (cin >> in&&in != "@") {
		instr = instr + " " + in;
	}
    //识别二元组初始化
	Binary word(0,0,"-");
	//循环进行词法分析直到识别所有单词符号
	cout << "\n------------------------识别结果------------------------" << endl;
	while (index < instr.size()) {
		word=LexAnalyze();
		if (word.category != 0) {
			cout << "识别单词:\t(" << word.category << "," << word.value << ")" << endl;
		}
	}
	//展示构造的各种词汇表
	cout << "\n------------------------词汇表展示------------------------\n" << endl;
	show_table();

	//system("pause");
	return 0;
}

 4.实验结果

1、待词法分析的源程序输入

 C语言词法分析器的设计与实现——程序设计与编译原理_第3张图片

 2、词法分析器识别结果

 C语言词法分析器的设计与实现——程序设计与编译原理_第4张图片

 3、各种词汇表的展示

C语言词法分析器的设计与实现——程序设计与编译原理_第5张图片 

 5. 实验总结分析

  通过此次实验，让我了解到如何设计、编制并调试词法分析程序，加深对词法分析原理的理解；熟悉了构造词法分析程序的手工方式的相关原理，根据识别语言单词的状态转换图，使用C++直接编写此词法分析程序。因为程序简单，我没有使用读取文件操作了，直接控制台输入，这样老师就可以直接打开源代码运行，而不会因为打开文件路径不存在而报错了。方便老师检查运行情况。

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    重温快乐2023年2月4日立春。春天来了，春暖花开，小鸟欢唱，那在这样的季节我们如何养肝呢？自然界的春季对应中医五行的木，人体五脏肝属木，“木曰曲直”，是以树干曲曲直直地向上、向外伸长舒展的生发姿态，来形容具有生长、升发、条达、舒畅等特征的食物及现象。根据中医天人相应的理念，肝五行属木，喜条达，主疏泄，与春天相应，所以春天最适合养肝。养肝首先要少生气，因为肝喜条达恶抑郁。人体五志肝为怒，生气发怒最
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    本期特邀《Java特种兵》作者：谢宇，CSDN论坛ID: xieyuooo 针对JAVA问题给予大家解答，欢迎网友积极提问，与专家一起讨论! 作者简介： 淘宝网资深Java工程师，CSDN超人气博主，人称“胖哥”。 CSDN博客地址： http://blog.csdn.net/xieyuooo 作者在进入大学前是一个不折不扣的计算机白痴，曾经被人笑话过不懂鼠标是什么，
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