编译原理学习

0x00: 关于编译原理

程序员的三大浪漫之一,二进制选手必修课。所以毅然决然开坑了,开始看网易云课堂的mooc,也看了Coursera上的Compilers课程,感觉后者更好一点,就是看起来很费力。书的话还没找到合适的,倒是有几本参考:

  • 龙书
  • 虎书
  • 图解编译原理
  • 自制编译器

但是个人并不是很清楚如何选择,我的方法是看书+看mooc,然后写代码实践,本来这就是一门理论+实践的课程。

0x01:

过程
  1. 词法分析(program text 分割成 words 或者 tokens)
  2. 解析(语法树)
  3. 语法分析(理解“含义”)
  4. 中间优化(little bit like editing,作文的润色?为了运行的更快、使用更少的内存等)
  5. 代码生成 (assembly code)

0x02: 简单的词法分析器

1. 定义:

词法分析器的功能输入源程序,按照构词规则分解成一系列单词符号。单词是语言中具有独立意义的最小单位,包括关键字、标识符、运算符、界符和常量等
(1) 关键字 是由程序语言定义的具有固定意义的标识符。例如,Pascal 中的begin,end,if,while都是保留字。这些字通常不用作一般标识符。
(2) 标识符 用来表示各种名字,如变量名,数组名,过程名等等。
(3) 常数 常数的类型一般有整型、实型、布尔型、文字型等。
(4) 运算符 如+、-、*、/等等。
(5) 界符 如逗号、分号、括号、等等。

2. 输出:

词法分析器所输出单词符号常常表示成如下的二元式:

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单词种别通常用整数编码。标识符一般统归为一种。常数则宜按类型(整、实、布尔等)分种。关键字可将其全体视为一种。运算符可采用一符一种的方法。界符一般用一符一种的方法。对于每个单词符号,除了给出了种别编码之外,还应给出有关单词符号的属性信息。单词符号的属性是指单词符号的特性或特征。


###### 3. 示例:

比如如下的代码段:

```c
if (a>b) print a

经词法分析器处理后,它将被转为如下的单词符号序列:

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  <keywords,if>
<symbol,(>
<symbol,>>
<symbol,)>
<whitespace, >
<keywords,print>
<whitespace, >
<whitespace,\n>
4. 我的实现

很简单,逐个字符扫描的方式,选择条件结构来解析输入,并归类生成对应的二元式。

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#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>


#define SYN_SYMBOL 0x000
#define SYN_KEYWORDS 0x100
#define SYN_NUMBERS 0x101
#define SYN_WHITESPS 0x111


#define MAX_CLASS 0x100

char *keywords[6] = {"if","else","do","while","then","print"};

struct CLASS{
int syn;
char str[6];
int sum;
};

struct CLASS* CLASS_ARRARY[MAX_CLASS];


void save(char *token){
struct CLASS* cla = (struct CLASS*)malloc(sizeof(struct CLASS));
cla->syn = SYN_SYMBOL;
strncpy(cla->str,token,strlen(token)<6?strlen(token):6);
for(int i = 0;i<MAX_CLASS;i++){
if(CLASS_ARRARY[i] == NULL){
CLASS_ARRARY[i] = cla;
break;
}
}
}

void scaner(char *userinput){

char temp;
int idx = 0;
char token[6] = {0};

do{
temp = userinput[idx++];
if((temp >= 'a' && temp <= 'z' ) || (temp >= 'A' && temp <= 'Z')){
//key words
int m = 0;
int n = idx;
while((temp >= 'a' && temp <= 'z' ) || (temp >= 'A' && temp <= 'Z') || (temp >= '0' && temp <= '9')){
token[m++] = temp;
temp = userinput[n++];
}
//key word scan done
token[m++] = '\0';
for(int i = 0;i<6;i++){
if(!strcmp(token,keywords[i])){
//find it
struct CLASS* cla = (struct CLASS*)malloc(sizeof(struct CLASS));
cla->syn = SYN_KEYWORDS;
strncpy(cla->str,token,6);
for(int i = 0;i<MAX_CLASS;i++){
if(CLASS_ARRARY[i] == NULL){
CLASS_ARRARY[i]= cla;
break;
}
}
break;
}
}
}else if(temp >= '0' && temp <= '9'){
//numbers
int m = 0;
int n = idx;
int sum = 0;
while((temp >= '0' && temp <= '9')){
sum=sum*10 + temp - '0';
temp = userinput[n++];
}
struct CLASS* cla = (struct CLASS*)malloc(sizeof(struct CLASS));
cla->syn = SYN_NUMBERS;
cla->sum = sum;
for(int i = 0;i<MAX_CLASS;i++){
if(CLASS_ARRARY[i] == NULL){
CLASS_ARRARY[i] = cla;
idx = n;
break;
}
}
}else {
//other chars
switch(temp){
case '>':{
token[0] = temp;
char tmp = userinput[idx];
if(tmp == '='){
token[1] = tmp;
idx ++;
}
save(token);
}
break;
case '<':{
token[0] = temp;
char tmp = userinput[idx];
if(tmp == '=') {
token[1] = tmp;
idx++;
}
save(token);

}
break;
case '=':{
token[0] = temp;
char tmp = userinput[idx];
if(tmp == '=') {
token[1] = tmp;
idx++;
}
save(token);

}
break;
case ';':
token[0] = ';';
save(token);
break;
case '!':{
token[0] = temp;
char tmp = userinput[idx+1];
if(tmp == '=')
token[1] = tmp;
save(token);
}
break;
case '+':
token[0] = temp;
save(token);
break;
case '-':
token[0] = temp;
save(token);
break;
case '*':
token[0] = temp;
save(token);
break;
case '/':
token[0] = temp;
save(token);
break;
case '\\':
token[0] = temp;
save(token);
break;
case '(':
token[0] = temp;
save(token);
break;
case ')':
token[0] = temp;
save(token);
break;
case '\n':{
struct CLASS* cla = (struct CLASS*)malloc(sizeof(struct CLASS));
cla->syn = SYN_WHITESPS;
strncpy(cla->str,"\\n",2);
for(int i = 0;i<MAX_CLASS;i++){
if(CLASS_ARRARY[i] == NULL){
CLASS_ARRARY[i] = cla;
break;
}
}
}
break;
case '\t':{
struct CLASS* cla = (struct CLASS*)malloc(sizeof(struct CLASS));
cla->syn = SYN_WHITESPS;
strncpy(cla->str,"\\t",2);
for(int i = 0;i<MAX_CLASS;i++){
if(CLASS_ARRARY[i] == NULL){
CLASS_ARRARY[i] = cla;
break;
}
}
}
break;
case ' ':{
struct CLASS* cla = (struct CLASS*)malloc(sizeof(struct CLASS));
cla->syn = SYN_WHITESPS;
strncpy(cla->str," ",2);
for(int i = 0;i<MAX_CLASS;i++){
if(CLASS_ARRARY[i] == NULL){
CLASS_ARRARY[i] = cla;
break;
}
}
}
break;
case '#':
//end
break;
default:
printf("unknown:%c\n",temp);
break;
}
}
}while(temp != '#');
}


int main() {
char userinput[100] = {0};
int flag = 0;
char temp;
printf("Plz input your string:");
do{
temp = getchar();
userinput[flag++] = temp;
}while(temp != '#');

scaner(userinput);

for(int i=0;i<MAX_CLASS;i++){
if(CLASS_ARRARY[i]){
switch(CLASS_ARRARY[i]->syn){
case SYN_NUMBERS:
printf("<numbers,%d>\n",CLASS_ARRARY[i]->sum);
break;
case SYN_KEYWORDS:
printf("<keywords,%s>\n",CLASS_ARRARY[i]->str);
break;
case SYN_WHITESPS:
printf("<whitespace,%s>\n",CLASS_ARRARY[i]->str);
break;
case SYN_SYMBOL:
printf("<symbol,%s>\n",CLASS_ARRARY[i]->str);
break;
}
}else{
break;
}
}

printf("Done.\n");

return 0;
}
5. 效果
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11
Plz input your string:if(a>b) print a
#
<keywords,if>
<symbol,(>
<symbol,>>
<symbol,)>
<whitespace, >
<keywords,print>
<whitespace, >
<whitespace,\n>
Done.
6. 更好的实现

使用正则表达式,待补充。

0x03: 待学习内容

  1. 词法分析(利用正则的词法分析器)
  2. 语法分析
  3. 中间优化
  4. 代码生成

开了个坑,慢慢填吧。

0x04: 参考内容

词法分析器的实现

文章目录
  1. 1. 0x00: 关于编译原理
  2. 2. 0x01:
  3. 3. 0x02: 简单的词法分析器
    1. 3.0.1. 1. 定义:
    2. 3.0.2. 2. 输出:
    3. 3.0.3. 4. 我的实现
    4. 3.0.4. 5. 效果
    5. 3.0.5. 6. 更好的实现
  • 4. 0x03: 待学习内容
  • 5. 0x04: 参考内容
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