编译原理 代码优化 实验 c++
时间: 2024-01-08 11:00:27 浏览: 30
编译原理是计算机科学中的重要分支,它研究如何将高级语言编写的程序转换为机器语言的过程。代码优化则是编译过程中的一个关键环节,其目的是通过改进程序的结构和算法,以提高程序的性能和效率。本次实验将结合编译原理和代码优化的知识,利用C语言进行实践。
在实验中,首先要构建一个简单的编译器,用于将C语言程序转换为目标机器上的可执行代码。这涉及到词法分析、语法分析、语义分析和代码生成等多个阶段。其次,通过对编译器生成的中间代码进行分析和优化,以达到提高目标程序性能的目的。具体的优化方法可以包括常量传播、循环优化、函数内联、和机器相关优化等。最后,通过编写测试用例和对比分析程序的运行结果,来验证实验的效果和优化的成果。
在实践中,我们需要熟悉C语言的语法和特性,了解编译器的工作原理和代码优化的方法,以及掌握相关的数据结构和算法。在实验过程中,要注重实践操作,通过编写代码和调试程序来加深对编译原理和代码优化理论的理解和应用。最终,通过本次实验,我们将能够深入理解编译原理和代码优化的原理和方法,并掌握C语言编程的技能和经验。
相关问题
编译原理中间代码生成实验代码C++
中间代码生成是编译器的一个重要组成部分,它将源代码翻译为目标代码的中间表示形式,方便后面的代码优化和目标代码生成。下面是一个简单的中间代码生成实验代码,使用 C++ 实现。
假设我们有以下 C 语言代码:
```
int main() {
int a = 1;
int b = 2;
int c = a + b;
return c;
}
```
我们要将其翻译为三地址码的形式,每个指令只有三个操作数(源操作数1、源操作数2、目标操作数)。生成的三地址码如下:
```
1. t1 = 1
2. t2 = 2
3. t3 = t1 + t2
4. return t3
```
其中,t1、t2、t3 是临时变量,用于存储中间结果。
下面是中间代码生成的 C++ 实现:
```cpp
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;
// 三地址码指令
struct TAC {
string op; // 操作符
string arg1; // 源操作数1
string arg2; // 源操作数2
string result; // 目标操作数
TAC(string op, string arg1, string arg2, string result) {
this->op = op;
this->arg1 = arg1;
this->arg2 = arg2;
this->result = result;
}
};
// 符号表项
struct Symbol {
string name; // 名称
string type; // 类型
string addr; // 地址
Symbol(string name, string type, string addr) {
this->name = name;
this->type = type;
this->addr = addr;
}
};
// 符号表
vector<Symbol> symbolTable;
// 生成新的临时变量
string newTemp() {
static int count = 0;
return "t" + to_string(++count);
}
// 查找符号表中的变量
Symbol* lookup(string name) {
for (int i = 0; i < symbolTable.size(); i++) {
if (symbolTable[i].name == name) {
return &symbolTable[i];
}
}
return NULL;
}
// 添加符号表项
void addSymbol(string name, string type, string addr) {
symbolTable.push_back(Symbol(name, type, addr));
}
// 生成三地址码
vector<TAC> genCode(string op, string arg1, string arg2, string result) {
vector<TAC> code;
code.push_back(TAC(op, arg1, arg2, result));
return code;
}
int main() {
// 生成三地址码
vector<TAC> code;
string t1 = newTemp();
string t2 = newTemp();
string t3 = newTemp();
code.push_back(TAC("=", "1", "", t1));
code.push_back(TAC("=", "2", "", t2));
code.push_back(TAC("+", t1, t2, t3));
code.push_back(TAC("return", t3, "", ""));
// 输出三地址码
for (int i = 0; i < code.size(); i++) {
cout << code[i].result << " = " << code[i].arg1 << " " << code[i].op << " " << code[i].arg2 << endl;
}
// 生成符号表
addSymbol("a", "int", "0");
addSymbol("b", "int", "4");
addSymbol("c", "int", "8");
// 查找符号表
Symbol* s = lookup("a");
if (s != NULL) {
cout << "Variable a found: type = " << s->type << ", address = " << s->addr << endl;
} else {
cout << "Variable a not found!" << endl;
}
return 0;
}
```
在这个例子中,我们定义了三个临时变量 t1、t2 和 t3,分别用于存储 1、2 和 a + b 的值。然后使用 genCode 函数生成三地址码。接着,我们定义了一个符号表,用于存储变量的类型和地址。使用 addSymbol 函数添加符号表项,使用 lookup 函数查找符号表中的变量。最后,我们输出了生成的三地址码和查找的符号表项信息。
注意,这只是一个简单的中间代码生成实验代码,实际的编译器中还需要考虑更多的情况,比如类型检查、控制流语句等等。
bit编译原理语法分析实验
语法分析是编译原理中的重要环节,它的主要任务是将词法分析器输出的词法单元序列转换为语法分析树或语法分析图,以便于后续的语义分析和代码生成。语法分析器的实现方式有多种,其中最常用的是基于文法的自上而下的递归下降分析法和基于文法的自下而上的移进-归约分析法。
在本实验中,我们将使用C++语言实现一个简单的递归下降分析法的语法分析器,实现对类C语言的一个子集进行语法分析。该子集包含了整型变量声明、赋值语句、算术表达式、条件语句和循环语句等基本语法结构。
1. 文法定义
我们定义的子集语法规则如下:
```
<program> ::= <stmt_list>
<stmt_list> ::= <stmt> | <stmt> <stmt_list>
<stmt> ::= <decl_stmt> | <assign_stmt> | <if_stmt> | <while_stmt>
<decl_stmt> ::= int <id>;
<assign_stmt> ::= <id> = <expr>;
<if_stmt> ::= if (<condition>) <stmt>
<while_stmt> ::= while (<condition>) <stmt>
<condition> ::= <expr> <rel_op> <expr>
<expr> ::= <term> | <term> <add_op> <expr>
<term> ::= <factor> | <factor> <mult_op> <term>
<factor> ::= <int> | <id> | (<expr>)
<id> ::= <letter> | <id> <letter> | <id> <digit>
<int> ::= <digit> | <int> <digit>
<letter> ::= a | b | ... | z | A | B | ... | Z
<digit> ::= 0 | 1 | ... | 9
<add_op> ::= + | -
<mult_op> ::= * | /
<rel_op> ::= < | > | <= | >= | == | !=
```
其中,<program>是整个程序的入口,<stmt_list>表示语句列表,<stmt>表示语句,<decl_stmt>表示变量声明语句,<assign_stmt>表示赋值语句,<if_stmt>表示条件语句,<while_stmt>表示循环语句,<condition>表示条件表达式,<expr>表示算术表达式,<term>表示项,<factor>表示因子,<id>表示标识符,<int>表示整数常量,<letter>表示字母,<digit>表示数字,<add_op>表示加减运算符,<mult_op>表示乘除运算符,<rel_op>表示关系运算符。
2. 代码实现
在实现递归下降分析法的语法分析器时,我们需要实现对以上语法规则的递归下降分析函数,每个函数对应一个语法规则。
首先,我们需要定义一个词法分析器,用于将源代码转换为词法单元序列。在本实验中,我们将使用一个简单的词法分析器,它可以处理int关键字、标识符、整数常量、加减乘除运算符、关系运算符、左右括号和分号等词法单元。
```c++
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <stdexcept>
using namespace std;
// 定义词法单元类型
enum TokenKind {
TK_INT, // int关键字
TK_ID, // 标识符
TK_NUM, // 整数常量
TK_PLUS, // +
TK_MINUS, // -
TK_MUL, // *
TK_DIV, // /
TK_LT, // <
TK_GT, // >
TK_LE, // <=
TK_GE, // >=
TK_EQ, // ==
TK_NE, // !=
TK_LPAREN, // (
TK_RPAREN, // )
TK_SEMICOLON // ;
};
// 定义词法单元结构体
struct Token {
TokenKind kind; // 词法单元类型
string str; // 词法单元字符串
};
// 定义词法分析器
class Lexer {
public:
Lexer(const string& source) : src(source), pos(0) {}
// 获取下一个词法单元
Token getNextToken() {
// 跳过空白字符
while (isspace(src[pos])) pos++;
// 处理数字
if (isdigit(src[pos])) {
string numStr;
while (isdigit(src[pos])) {
numStr += src[pos++];
}
return { TK_NUM, numStr };
}
// 处理标识符
if (isalpha(src[pos])) {
string idStr;
while (isalnum(src[pos])) {
idStr += src[pos++];
}
return { TK_ID, idStr };
}
// 处理运算符和括号
switch (src[pos]) {
case '+': pos++; return { TK_PLUS, "+" };
case '-': pos++; return { TK_MINUS, "-" };
case '*': pos++; return { TK_MUL, "*" };
case '/': pos++; return { TK_DIV, "/" };
case '<':
if (src[pos + 1] == '=') {
pos += 2;
return { TK_LE, "<=" };
} else {
pos++;
return { TK_LT, "<" };
}
case '>':
if (src[pos + 1] == '=') {
pos += 2;
return { TK_GE, ">=" };
} else {
pos++;
return { TK_GT, ">" };
}
case '=':
if (src[pos + 1] == '=') {
pos += 2;
return { TK_EQ, "==" };
} else {
throw runtime_error("invalid token");
}
case '!':
if (src[pos + 1] == '=') {
pos += 2;
return { TK_NE, "!=" };
} else {
throw runtime_error("invalid token");
}
case '(':
pos++;
return { TK_LPAREN, "(" };
case ')':
pos++;
return { TK_RPAREN, ")" };
case ';':
pos++;
return { TK_SEMICOLON, ";" };
default:
throw runtime_error("invalid token");
}
}
private:
string src; // 源代码
size_t pos; // 当前位置
};
```
接下来,我们依次实现递归下降分析函数。函数的实现方式为:首先获取当前词法单元,然后根据语法规则进行分析,如果符合规则则继续获取下一个词法单元,否则抛出异常。
```c++
class Parser {
public:
Parser(const string& source) : lexer(source) {}
// 解析程序
void parseProgram() {
parseStmtList();
}
private:
// 解析语句列表
void parseStmtList() {
parseStmt();
Token token = lexer.getNextToken();
if (token.kind != TK_SEMICOLON) {
throw runtime_error("missing semicolon");
}
if (token.kind != TK_EOF) {
parseStmtList();
}
}
// 解析语句
void parseStmt() {
Token token = lexer.getNextToken();
switch (token.kind) {
case TK_INT:
parseDeclStmt();
break;
case TK_ID:
parseAssignStmt();
break;
case TK_IF:
parseIfStmt();
break;
case TK_WHILE:
parseWhileStmt();
break;
default:
throw runtime_error("invalid statement");
}
}
// 解析变量声明语句
void parseDeclStmt() {
Token token = lexer.getNextToken();
if (token.kind != TK_ID) {
throw runtime_error("missing identifier");
}
token = lexer.getNextToken();
if (token.kind != TK_SEMICOLON) {
throw runtime_error("missing semicolon");
}
}
// 解析赋值语句
void parseAssignStmt() {
Token token = lexer.getNextToken();
if (token.kind != TK_ASSIGN) {
throw runtime_error("missing assignment operator");
}
parseExpr();
token = lexer.getNextToken();
if (token.kind != TK_SEMICOLON) {
throw runtime_error("missing semicolon");
}
}
// 解析条件语句
void parseIfStmt() {
Token token = lexer.getNextToken();
if (token.kind != TK_LPAREN) {
throw runtime_error("missing left parenthesis");
}
parseCondition();
token = lexer.getNextToken();
if (token.kind != TK_RPAREN) {
throw runtime_error("missing right parenthesis");
}
parseStmt();
}
// 解析循环语句
void parseWhileStmt() {
Token token = lexer.getNextToken();
if (token.kind != TK_LPAREN) {
throw runtime_error("missing left parenthesis");
}
parseCondition();
token = lexer.getNextToken();
if (token.kind != TK_RPAREN) {
throw runtime_error("missing right parenthesis");
}
parseStmt();
}
// 解析条件表达式
void parseCondition() {
parseExpr();
Token token = lexer.getNextToken();
switch (token.kind) {
case TK_LT:
case TK_GT:
case TK_LE:
case TK_GE:
case TK_EQ:
case TK_NE:
parseExpr();
break;
default:
throw runtime_error("missing relational operator");
}
}
// 解析算术表达式
void parseExpr() {
parseTerm();
Token token = lexer.getNextToken();
while (token.kind == TK_PLUS || token.kind == TK_MINUS) {
parseTerm();
token = lexer.getNextToken();
}
lexer.ungetToken();
}
// 解析项
void parseTerm() {
parseFactor();
Token token = lexer.getNextToken();
while (token.kind == TK_MUL || token.kind == TK_DIV) {
parseFactor();
token = lexer.getNextToken();
}
lexer.ungetToken();
}
// 解析因子
void parseFactor() {
Token token = lexer.getNextToken();
switch (token.kind) {
case TK_NUM:
case TK_ID:
break;
case TK_LPAREN:
parseExpr();
token = lexer.getNextToken();
if (token.kind != TK_RPAREN) {
throw runtime_error("missing right parenthesis");
}
break;
default:
throw runtime_error("invalid factor");
}
}
private:
Lexer lexer; // 词法分析器
};
```
3. 测试样例
我们编写以下测试样例,用于测试语法分析器的正确性。
```c++
int main() {
string source = "int a; a = 1 + 2 * 3; if (a < 10) { a = a + 1; } while (a < 20) { a = a + 2; }";
Parser parser(source);
parser.parseProgram();
return 0;
}
```
以上测试样例包含了变量声明、赋值语句、算术表达式、条件语句和循环语句等基本语法结构,用于测试语法分析器的正确性。
4. 总结
本实验通过实现一个简单的递归下降分析法的语法分析器,实现了对类C语言的一个子集进行语法分析。递归下降分析法是编译原理中最常用的语法分析方法之一,它的实现方式简单直观,易于理解和实现,但是它存在递归调用深度过大等问题,需要注意优化和调试。