Данный комплекс служит для ознакомления с принципами компиляции, получения практических навыков лексического анализа и грамматического разбора (синтаксический анализ), формирования промежуточного кода. Комплекс построен таким образом, чтобы по возможности охватить все этапы компиляции, наглядно представляя формируемые таблицы.
При проектировании (разработке, планировании) комплекса ставка делалась на наглядность происходящих процессов и доступность для понимания правил формирования и заполнения множества таблиц. При работе с программным продуктом не показана работа со стеком, т.к. вся реализация, весь анализ происходит только с таблицами и только в таблицах, исключение составляет разве что входной текст программы и выходной код.
Учебное пособие состоит из:
- вводной части (теоретические сведения):
1) описание компиляторов, их суть, назначение;
2) лексический анализатор (сканер);
3) синтаксический анализатор, дерево грамматического разбора;
4) получение промежуточного кода;
- практической (работа с программами):
1) обзор компиляторов (Паскаль, C, Delphi);
2) работа с программой LexAn;
3) работа с программой SinAn;
4) работа с программой SinAn;
- проверка полученных знаний с помощью контрольных вопросов и заданий.
Учебный комплекс служит для облегчения работы преподавателя, возможности самостоятельно изучения материала, получения практических навыков по изучаемой дисциплине, возможности более наглядного представления информации и т.п.
Учебный комплекс включает в себя несколько взаимосвязанных лабораторных работ, охватывающих всю предметную область или основную ее часть, например обучение процессу компиляции. При этом при выполнении каждой лабораторной работы происходит поэтапное изучение предметной области.
Лабораторные работы обычно включает в себя:
- теоретические сведения;
- порядок выполнения работы;
- контрольные вопросы и задания.
Теоретические сведения дают представление об изучаемой области, ознакомление с ее основными принципами, структурами и характерными особенностями. При этом часто производится разбор какого-либо наглядного примера.
Для проведения лабораторных работ могут использоваться различные технические средства. Это могут быть различного рода стенды, имитирующие работу реальных устройств, сами устройства, выступающие в роли исследуемого объекта, компьютер, с набором необходимых для работы программ, а также другие устройства и оборудование, подходящие для этой цели.
Использование в лабораторных работах оборудования позволяет получать дополнительные практические навыки, когда студент может влиять на работу исследуемого объекта, изменяя различные входные и управляющие параметры. При этом учащийся лучше понимает всю картину происходящего, исследуемые процессы.
Во время выполнения лабораторных работ часто приходится снимать показания с приборов, получать различные данные от датчиков, программ и т.п., заносить их в таблицы и обрабатывать соответствующим образом. При этом производятся расчеты, связанные с работой, оформляется отчет, который и сдается преподавателю на проверку.
Контрольные вопросы формируют исходя из цели проведения лабораторной работы и того, что должен вынести обучающийся в результате ее выполнения: определения, термины, понятия, связанные с изучаемым объектом, принципы его работы, строение.
Учебный компилятор состоит из четырех отдельных модулей, это:
1) лексический анализатор (сканер)LEXAN;
2) синтаксический анализатор (парсер)SYNAN;
3) генератор промежуточного кода PROMKOD;
4) генератор ассемблерного кода ASMKOD.
На данном этапе реализованы первые два. Эти модули (этапы) взаимодействуют между собой с помощью промежуточных файлов.
Среда LEXAN генерирует файл с расширением LEX, в котором хранятся таблицы, полученные в результате разбора текста программы: таблица выбранных терминальных символов, таблица символических имен, таблица лексем и таблица выходных кодов лексем, которая и представляет собой программу в виде ссылок на три предыдущие таблицы. Данный файл является входным на этапе синтаксического анализа.
Среда SINAN генерирует файл с расширением SYN, хранящий в себе формируемую таблицу переходов, представляющую собой грамматическое дерево в табличном виде. В этом же файле хранятся таблицы выбранных терминальных символов, символических имен и лексем. Данный файл является входным на этапе генерации промежуточного кода.
Среда PROMKOD генерирует файл PRK, хранящий в себе упрощенное дерево грамматического разбора, представленное в виде таблицы триад.
Среда ASMKOD генерирует файл ASK, представляющий собой программу на ассемблере.
В результате проведенного анализа была выбрана многопроходная схема просмотра компилятора. На каждом этапе (лексический анализ, синтаксический анализ, формирование промежуточного кода, формирование ассемблерного кода) происходит новый просмотр (проход) по программе, представленной в различном виде. На первом этапе (сканер) – в виде текста программы, на втором (парсер) – в виде кодов лексем, на третьем – дерево грамматического разбора, на четвертом – таблица промежуточного кода. Это сделано для поэтапного обучения процессу компиляции и возможности работы с внутренним представлением программы.
Все данные, кроме входного текста программы помещаются в таблицы. Это сделано для того, чтобы не использовать стек и все данные представлять по возможности в одном месте.
При выборе языка высокого уровня, в качестве входного языка для анализа был принят учебный язык, основанный на упрощенном варианте языка Паскаль. Язык Паскаль является довольно распространенным, довольно понятным и простым для восприятия, к тому же его структуры довольно удобны для разбора. Описание учебного языка приведено ниже.
Учебный язык построен на основе языка Паскаль.
Алфавит учебном языка включает буквы, цифры, специальные символы и зарегистрированные слова.
Буквы – это буквы латинского алфавита от а до я, от А до Я, от aдо z и от Aдо Z. В данном языке нет различия между прописными и строчными буквами алфавита, если только они не входят в символьные и строковые выражения.
Цифры – арабские цифры от 0 до 9.
Специальные знаки учебного языка – это символы:
+ - * / = , . : ; < > { } [ ] ( )
К специальным знакам также относятся следующие пары символов:
<> <= >= :=
в программе эти символы нельзя разделять пробелами, если они используются как знаки операций отношения.
Особое место в алфавите языка занимают пробелы. Эти символы рассматриваются как ограничители идентификаторов, констант, чисел, зарезервированных слов. Несколько следующих друг за другом пробелов считаются одним пробелом.
В учебном языке имеются следующие зарезервированные слова:
and
begin
div
do
downto
else
end
for
function
if
integer
procedure
program
real
repeat
string
then
to
until
var
while
write
read
Их можно изменять при построении компилятора в соответствующей программной среде LEXAN.
Идентификаторы – имена переменных, процедур, функций, программ. Длина идентификатора ограничена 255 символами. Идентификатор всегда начинается буквой или знаком подчеркивания, за которым могут следовать буквы, цифры и знак подчеркивания. Пробелы и специальные символы не могут входить в идентификатор.
Константы.
Последовательность, состоящая из одной или более цифр 0, 1, … , 9, является целой (INTEGER) константой. Данный тип занимает в памяти 2 байта. Последовательность цифр, разделенных точкой, является вещественной (REAL) константой, данный тип занимает в памяти 4 байта. Последовательность любых символов (кроме знака одинарных кавычек), заключенных в одинарные кавычки, является строковой (STRING) константой, длина данного типа варьируется от 1 до 255 байт, в зависимости от числа символов в последовательности.
Выражения.
Операции в выражении выполняются слева направо; как обычно, учитывается наличие скобок и приоритеты операторов. Приоритеты операторов приведены в таблице 5 (оператор в первой строке имеет наивысший приоритет):
Таблица 5 – Таблица приоритетов
| – (унарный) |
| * / div |
| + – (бинарный) |
| = <> < > <= >= |
Ключевые слова, идентификаторы, лексемы отделяются друг от друга пробелами, от специальных символов разделение не обязательно.
Возможные для использования символы:
буквы: а..я, А..Я, a..z, A..Z;
символ, разрешенный при написании имен: _
элементы разделения: , ; : пробел
разделитель целой и дробной частей в вещественных числах: .
выделение текста: ′
знаки операторов: + - * /
комментарии: { }
расстановка приоритетов: ( )
знаки сравнения: > < = >= <= <>
признак окончания программы: .
Цель создания программы LEXAN состоит в том, чтобы научить студента производить разбор текста программы на составляющие ее лексемы в соответствии с заданной БНФ, при этом правильно заполнив таблицы выбранных терминальных символов, символических имен, литералов и выходных кодов лексем.
Данная среда позволяет сравнить данные, внесенные студентом с данными, полученными программой и сгенерировать сообщения об ошибках, на основе которых студент будет иметь возможность внести соответствующие исправления.
При выполнении дипломного проекта был проведен анализ способов построения лексического анализатора. За основу был принят прямой синтаксический анализатор, так как считывает лексему, находящуюся справа от указателя и лишь потом определяет тип лексемы [3]. Кроме того, отчасти используется непрямой анализ при отделении специальных символов от идентификаторов, ключевых слов и литералов, когда разделительный пробел не обязателен.