华中科技大学编译原理实验四攻略|完整版

【实验代码及报告地址:Gitee传送门】

不擅长写报告昂,很多地方能省全省了。
助力来年编译原理加大难度!(hhh)

MiniC语法分析及中间代码生成

我根据我的实验报告重置了攻略。

贴个完成时间。
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文章目录

  • MiniC语法分析及中间代码生成
    • 实验内容
    • 实验过程
      • LLVM IR初识
      • LLVM IR API
      • 语义分析与中间代码生成(一)
        • 难点
        • 调试技巧
        • Quick Start
        • 正式开始
          • 1. astnode.cpp需要修改的函数
          • 2. astnode.h需要修改的函数
          • 3. 一个分析过程
          • 4. 举几个典型的例子
            • 4.1. 各种List
            • 4.2 错误判断
      • 语义分析与中间代码生成(二)
        • 1. astnode.cpp需要修改的函数
        • 2. 难点
          • 2.1 一些函数
          • 2.2 NArgs如何解析
        • 3. 错误判断
      • 语义分析与中间代码生成(三)
        • 1. astnode.cpp需要修改的函数
        • 2. astnode.h需要修改的函数
        • 3. 分析思路
          • 3.1 if-else结构
          • 3.2 变量的作用域问题
          • 3.3 或运算||的解析

实验内容

将Mini-C源程序,手工翻译或用LLVM API翻译成LLVM IR(一种中间语言),并完成语法检查。

实验过程

LLVM IR初识

结合给出的例子,认识并熟悉LLVM IR的语法。
主要涉及了align/alloca/store/load/call/icmp/br等。【可以自行结合代码展开说说】
主要是根据Mini-C语言翻译,有两个地方对我造成了困扰:【相信每个人困扰的点不一样,自圆其说即可】

  1. task2中我一开始将putchar写进了判断体中,导致状态不够用,不得不移出。
  2. task2中涉及标号label。不像asm,llvm的标号上面不能没有跳转语句直接顺序执行,它必须添加br label %8跳转。

LLVM IR API

熟悉并使用LLVM IR API,主要涉及了llvm::IRBuilderBase类的API,还有一些Constant、BasicBlock、Type类的API。【可以自行结合代码展开说说】
难点:【相信每个人的难点不一样,自圆其说即可】

  1. getchar是无参数函数,而builder->CreateCall需要接受1到3个参数,直接传递空vector行不通。
    正解:builder->CreateCall(callgetfunc);
  2. task2中if-then-else涉及3个基本块,样例中是if-then,只涉及两个模块。而且并不好理解。
    正解:根据官网的IF-THEN-ELSE写,它的解释很好。MyFirstLanguageFrontend/LangImpl05.html#code-generation-for-if-then-else。
  3. 一些个人遇到的问题:在进入第三个基本块我没有f->getBasicBlockList().push_back(MergeBB);,因为我以为到结尾了可以直接顺序执行下去,犯了和关卡1相似的错误。没有写这一句时,报错会一直提示then:错误,导致我一直没定位到真正的错误位置。

语义分析与中间代码生成(一)

【因为实在很长,所以实验报告里我没有写过程,只写了难点。不建议大家这样做,因为每个人的难点都是不一样的
【如果没话写,可以着重写一下“错误判断”部分】

难点

  1. 咋声明变量?(答:抄NExtDefFunDec::codegen的arg声明)
  2. 我怎么知道一个函数里需要解析哪些参数、哪些参数是需要被特殊处理的?(答:看上面的分析,对照parser.y和astnode.h)
  3. 咋把分析结果存到变量里面?(答:实验二里做过,不记得的话,函数声明如是:builder->CreateStore(Value, alloca);)
  4. 咋分析加?(答:实验二有提示。不记得的话,函数声明如是:builder->CreateAdd(left, right, "add");)
  5. abort怎么炸了,返回之后就提示我core dump
    答:请检查是不是把nullptr输入到一个函数中了,举个简单的例子(摘自NAssignment::codegen函数):在这里插入图片描述
    再检查是否未初始化指针就直接用了,举个retValue没初始化就返回的例子:
    Value* retValue; if(false) retValue=nullptr; return retValue;
  6. module找不到,它什么意思?(答:字面意思,找不到就找不到。执行fundec成功了就能找到main)
  7. 为了实现功能,我参考函数定义的部分,即ExtDefFunc::codegen,添加了一个继承属性type,如函数NDef
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调试技巧

  1. std::cout调试,定位出错的位置。
  2. cat tokens.txt调试,通过阅读生成的中间代码,判断语义分析的哪一步出了问题,或者根本没解析出来。
  3. vim ./task1case/1.in修改样例调试。当你觉得是某个逻辑写得很有问题,但是样例太长了,中间代码眼花缭乱,就直接修改样例
  4. p->parser();输出语法树。将main.cpp中的p->parser();注释掉,再编译运行样例,能看到每个样例完整的语法树。建议顺着语法树的解析顺序,逐个填充codegen,每填充完一个,就去编译运行试试

Quick Start

使用头歌命令行调试

打开头歌,打开命令行,进入对应的代码仓库。

cd /data/workspace/myshixun/llvmexp3

检查一下当前目录下的文件。

ls

应该能看到judge_taskx.sh文件,以第三关为例,看一下judge_task1.sh的内容。
具体内容就不贴了,总之是这样用的:

  1. 先编译(make)成./minic文件,它是一个可执行的文件,用来生成中间代码LLVM IR
make

中间代码LLVM IR:类似于br i1 %shandian7, label %then8, label %ifcont10这种东西。

  1. 在代码仓库下有测试样例,以第3关为例,对应task1case
  2. 用minic编译一个样例,并将中间代码(或报错)存储至tokens.txt
./minic ./task1case/0.in > tokens.txt
  1. 如果生成中间代码成功了,cat tokens.txt看一下输出(你在cpp里写的std::cout、输出的报错Error信息也会在这个txt里)。
  2. 如果这是一个正确的中间代码,而且它需要编译运行,并接收一定的输入,请这样:
echo "你要给程序输入的值(就是stdin)" > tmp
lli tokens.txt < tmp

正式开始

1. astnode.cpp需要修改的函数

正好十个。

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NIdentifier蛮麻烦的,如下:
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注:写第三题的时候可以乱来,写第五题就得考虑作用域了。

2. astnode.h需要修改的函数

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写第五关的时候发现,VarDec::codegen返回值设为AllocaInst *才行。

3. 一个分析过程

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4. 举几个典型的例子
4.1. 各种List

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直到第五题才能发现的错误:注意一个特殊的,NDec::codegen,根据Dec: VarDec | VarDec ASSIGNOP Exp,它的Exp是要用来给VarDec的alloca赋值的,不要只是单纯地解析它然后就不管了喔。

4.2 错误判断

++ 错误类型 1:变量在使用时未经定义。
思路就是调用的时候找找curNamedValues里有没有。(摘自NAssignment::codegen函数)
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++ 错误类型 2:函数在调用时未经定义。
思路就是调用的时候找找theModule里有没有。(摘自NMethodCall::codegen函数)
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++ 错误类型 3:变量出现重复定义。
思路就是声明的时候找找curNamedValues里有没有。(摘自NExtDefFunDec::codegen函数)
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语义分析与中间代码生成(二)

有了第3关的基础,第四关明显简单了许多。
【实验报告我依旧只写了难点,注意口语书面化】
【如果没话写,可以着重写一下“错误判断”部分】

1. astnode.cpp需要修改的函数

只有四个,非常快乐。
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注:由于第3关的时候,我顺手把NFloat::codegen之类的全部写好了,所以这里没有特意标注。
好像有同学找不到Float的取值函数,如下:
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2. 难点

2.1 一些函数

出现了很多老师没给样例的函数。
CreateSubgetType()方法getReturnType()

参考classllvm_1_1IRBuilderBase.html找到CreateSub函数,
参考classllvm_1_1Function.html得知getReturnType(),
参考classllvm_1_1Value.html得知Value有自己的getType()函数。

我是如何查找的?【经验分享】
例如,我想获得auto *类型的变量retValue的type。

  1. 很自然地写出了retValue.type的代码,然后报错,说retValue是个指针,建议用->来访问它的成员
  2. 于是订正为retValue->type,再次报错,说class llvm::Value *没有type成员
  3. 那么llvm::Value有什么呢?搜索llvm::Value,跳转官网,找到getType()函数。
  4. 订正为retValue->getType(),成功。
2.2 NArgs如何解析

引言:

  1. 明显,NArgs对应多个参数,但是它的codegen()只返回一个Value*,这不合适啊!
  2. 难道参考List函数的解析方式,修改NArgs::codegen(),依次展开?不行啊,每个返回值都要用,依次展开没办法返回回去啊!

正解:参考NFunDec::funcodegen中对NVarList的解析即可。

std::vector<Type *> argsTypes;
std::vector<std::string> argNames;
for (NVarList *item = arguments; item; item = item->nVarList) {
  auto tmp = item->nParamDec.getType();
  argNames.push_back(tmp.first);
  argsTypes.push_back(tmp.second);
}

注意,exp解析得到的Value*的类型,直接用getType就可以取到了,很好写,不要想太复杂了。

3. 错误判断

++ 错误类型 4:函数出现重复定义(即同样的函数名被多次定义)。

这个老师写好了。在NFunDec::funcodegen里。

++ 错误类型 5:赋值号两边的表达式类型不匹配。

++ 错误类型 6:赋值号左边出现一个只有右值的表达式。

++ 错误类型 7:return 语句的返回类型与函数定义的返回类型不匹配。

++ 销误类型 8:函数调用时实参与形参的数目或类型不匹配。

没什么好说的叭,能写出第三题没理由写不出错误判断。

语义分析与中间代码生成(三)

【报告只写了分析思路部分】

1. astnode.cpp需要修改的函数

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主要是因为我前面偷懒偷得比较多,所以改动也很多。

2. astnode.h需要修改的函数

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这个地方真的是,我没太动脑,返回值设错了一通乱解析。

3. 分析思路

首先看样例:

这个题没有涉及任何错误判断,需要完成的是算术运算+-*/和逻辑符号||,以及三个结构:if/ifelse/while

3.1 if-else结构

其中ifelse结构直接参考实验2的,对应的是NIfElseStmt::codegen,应该没什么好说的吧。写了这个之后样例1就都过了。

样例1:

int read(){
	int a=0;
	a = getchar();
	return a - 48;
}
int main(){
	int m,n;
	int i=48;
	m = read();
	n = read();
    if(m == n ){
        putchar(i);
    }else{
        i = i + 1;
        putchar(i);
    }
    i = i + 1;
    putchar(i);
	return 0;
}
3.2 变量的作用域问题

因为一些因素,我没有用样例分析,而是用了更复杂的深层结构,分析以及伪代码如下。
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3.3 或运算||的解析

提示:用基本块。多看看生成的中间代码和预期的区别。

贴一下报错,这个报错是因为while循环过多栈炸了,可能是因为条件判断写得有问题,心态稳住。
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