Алексей Молчанов - Системное программное обеспечение. Лабораторный практикум

Многие методы, технические приемы и их реализация в курсовой работе будут взяты из лабораторных работ № 1–4, которые были рассмотрены ранее. Другие методы, наоборот, будут реализованы иначе, чтобы проиллюстрировать все существующие возможности, их преимущества и недостатки. В каждом случае будет дано пояснение, почему использован тот или иной метод.

В примере проиллюстрированы следующие интересные моменты:

• разделение лексического и синтаксического анализаторов с целью упрощения работы последнего (на примере унарной арифметической операции «-» и операции сравнения типа «не равно»);

• обнаружение присваивания значений константам на этапе синтаксического разбора (в лабораторных работах № 3 и 4 эта же операция выполнялась на этапе семантического анализа перед генерацией кода);

• возможности преобразования исходной грамматики, изменения синтаксиса входного языка и модификации алгоритма синтаксического разбора на основе анализа правил грамматики (на примере условного оператора);

• модификация остовной грамматики при необходимости различать правила;

• методы обработки логических операций и операций сравнения;

• простейший семантический анализ и модификация результирующего кода на этапе семантического анализа (на примере обработки переменных InpVar и CornpileTest);

• элементарные методы машинно-зависимой оптимизации результирующего кода.

Для реализации курсовой работы будут использоваться программные модули, созданные при выполнении лабораторных работ № 1–4, код которых не зависит от входного языка. Такой подход иллюстрирует, насколько удобно и эффективно выделять не зависящую от входного языка часть компилятора в отдельные модули или библиотеки.

В качестве примера возьмем следующие условия для входного языка:

1. Тип допустимых констант: десятичные.

2. Дополнительная операция: унарный арифметический минус (-).

3. Оператор цикла: while (<���выражение>) do <���оператор>.

4. Оптимизация: оба метода (1 и 2).

5. Тип данных: Long integer (longint, 32 бит).

6. Тип комментария: фигурные скобки ({… }).

Кроме того, модифицируем синтаксис условного оператора (два типа):

• if (<���выражение>) <���оператор> else <���оператор>;

• if (<���выражение>) <���оператор>;

и дополним перечень операций сравнения операцией «не равно» (<>).

Получим входной язык, сочетающий в себе элементы синтаксиса языков C++ (элементы оператора цикла и условный оператор) и Object Pascal (оператор цикла, составной оператор begin… end, оператор присваивания и комментарии).

В качестве результирующего (выходного) языка компилятора будем использовать язык ассемблера процессоров типа Intel 80386 и более поздних модификаций в модификации для системы программирования Delphi 5 [9, 23, 28, 41, 44]. Чтобы исключить неоднозначности при работе с этой системой программирования, изменим семантические ограничения входного языка:

• сделаем допустимым использование имени переменной CompileTest в любых операторах входного языка (а не только в операторах присваивания);

• запретим использование переменных с именем Result, так как такое имя переменной является предопределенным в целевой вычислительной системе.

Кроме того, в именах переменных во входном языке не должны различаться строчные и прописные буквы (например, переменные с именами i и I должны восприниматься как одна и та же переменная).

Грамматику входного языка построим на основе фрагментов грамматик, рассмотренных в заданиях по лабораторной работе № 3. Там имеются правила для линейных операций (арифметические и логические операции) и для условного оператора. По аналогии с условным оператором построим оператор цикла. Для составного оператора и всей программы в целом останется определить еще одно понятие – последовательность операторов. Будем рассматривать последовательность операторов как цепочку операторов, разделенных знаком «точка с запятой».

В результате получим КС-грамматику в форме Бэкуса—Наура:

G({prog,end.,if,else, begin, end,while, do, or,xor,and,not,<,>,=, <>, (,), – ,+,um,a,c,=},

{S,L, 0,B,C,D,E, T,F},P,S)

с правилами P:

S → prog L end.

L → О | L;0 | L;

О → if(B) О else О | if(B) О | begin L end | while(B)do О | a:=E

В → В or С | В xor С | С

С → С and D | D

D → EE | E=E | E<>E | (В) | not(B)

E → E-T | E+T | T

T → um T | F

F → (E) | a | с

Жирным шрифтом выделены терминальные символы.

Всего в построенной грамматике G 28 правил. Нетерминальные символы грамматики имеют следующий смысл:

• S вся программа;

• L последовательность операторов (может состоять и из одного оператора);

• О – оператор (пять видов: полный условный оператор, неполный условный оператор, составной оператор, оператор цикла, оператор присваивания);

• В, С – логическое выражение и его элементы;

• D операция сравнения или логическое выражение в скобках;

• Е,Т, F – арифметическое выражение и его элементы.

Можно обратить внимание на следующие моменты в грамматике:

• операция um («унарный минус») обозначена отдельным терминальным символом, не совпадающим со знаком арифметической операции вычитания («-»), хотя в тексте исходной программы эти два символа идентичны;

• константы и переменные обозначены двумя различными терминальными символами – а и с соответственно – это говорит о том, что они должны различаться на этапе синтаксического анализа;

• операция отрицания not обязательно требует после себя выражения в скобках, что не совсем соответствует традиционной записи логических операций (но не противоречит заданию!), традиционная запись могла бы быть записана в виде правил:

D → not D | G

G → EE | E=E | E<>E | (B)

Последний пример показывает, что разработчик грамматики не обязан следовать общепринятым шаблонам: он может отходить от них, если это не противоречит заданию. Нередко это помогает существенно сократить трудоемкость выполнения работы (далее будут проиллюстрированы еще две проблемы, связанные с унарным знаком «минус» и условным оператором).

Для организации таблицы идентификаторов выберем комбинированный способ, поскольку в нем отсутствуют ограничения на количество входных идентификаторов и он не требует разработки сложной и эффективной хэш-функции (разработка комбинированной таблицы в данном случае проще, чем выбор хорошей хэш-функции).