基于原microc改进的编程语言原理与编译

左手的ㄟ右手 2024-04-01 08:41 8阅读 0赞

## 编程语言原理与编译 ##

### 1. 项目自评等级:(1-5) 请根据自己项目情况填写下表 ###

#### 1.1 解释器 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>功能</th> 
   <th>完善程度</th> 
   <th>自评</th> 
   <th>备注</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>bool 类型</td> 
   <td>5</td> 
   <td>1</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>float 类型</td> 
   <td>5</td> 
   <td>2</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>char 类型</td> 
   <td>5</td> 
   <td>2</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>For 循环</td> 
   <td>5</td> 
   <td>4</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>DoWhile 循环</td> 
   <td>5</td> 
   <td>4</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>DoUntil 循环</td> 
   <td>5</td> 
   <td>4</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>switch-case</td> 
   <td>5</td> 
   <td>3</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>模式匹配 match</td> 
   <td>5</td> 
   <td>3</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>自增自减 ++、–</td> 
   <td>5</td> 
   <td>3</td> 
   <td>可以识别 i++ 和 ++i</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>三目运算符？：</td> 
   <td>5</td> 
   <td>3</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>+= -= *= /=语法糖</td> 
   <td>5</td> 
   <td>3</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>位运算 &lt;&lt; &gt;&gt;</td> 
   <td>5</td> 
   <td>3</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>占位符 pass</td> 
   <td>5</td> 
   <td>2</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>break</td> 
   <td>5</td> 
   <td>4</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Continue</td> 
   <td>5</td> 
   <td>4</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>print 重写</td> 
   <td>5</td> 
   <td>3</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 1.2 编译器 ####

#### 1.3 优化编译器 ####

### 2. 项目说明 ###

#### 2.1 文件目录结构 ####

*  src - Java 虚拟机
 *  test/testinterpc - 解释器测试样例
 *  test/testmicroc- 编译器测试样例
 *  test/testMicroCC- 优化编译器测试样例
 *  Absyn.fs - 抽象语法
 *  CLex.fsl - fslex 词法定义
 *  CPar.fsy - fsyacc 语法定义
 *  Parse.fs - 语法解析器
 *  Interp.fs - 解释器
 *  interpc.fsproj - 解释器项目文件
 *  Comp.fs - 编译器
 *  microc.fsproj - 优化编译器项目文件
 *  Contcomp.fs - 优化编译器
 *  microcc.fsproj - 优化编译器项目文件
 *  Machine.fs - 机器指令定义

#### 2.2 项目运行 ####

##### 解释器 #####

//编译解释器 interpc.exe 命令行程序 
    dotnet restore  interpc.fsproj  //可选
    dotnet clean  interpc.fsproj    //可选
    dotnet build -v n interpc.fsproj //构建，-v n查看详细生成过程
    
    //执行解释器
    ./bin/Debug/net5.0/interpc.exe 测试文件 参数
    dotnet run -p interpc.fsproj 测试文件 参数
    dotnet run -p interpc.fsproj -g 测试文件 参数 //显示token AST 等调试信息

##### 编译器 #####

//构建 microc.exe 编译器程序 
    dotnet restore  microc.fsproj //可选
    dotnet clean  microc.fsproj  //可选
    dotnet build  microc.fsproj  //构建
    
    dotnet run -p microc.fsproj 测试文件  // 执行编译器，编译测试文件，并输出.out 文件
    dotnet run -p microc.fsproj -g 测试文件   // -g 查看调试信息
    
    ./bin/Debug/net5.0/microc.exe -g 测试文件  // 直接执行构建的.exe文件，同上效果

##### 优化编译器 #####

dotnet restore  microcc.fsproj
    dotnet clean  microcc.fsproj
    dotnet build  microcc.fsproj  //构建编译器
    
    dotnet run -p microcc.fsproj 测试文件 //执行编译器
    ./bin/Debug/net5.0/microcc.exe 测试文件  //直接执行

##### Java 虚拟机 #####

javac Machine.java
    java Machine .out文件 参数
    
    javac Machinetrace.java
    java Machinetrace .out文件 参数
    java Machinetrace .out文件 参数

#### 2.3 功能实现(具体说明仅在解释器中，编译器和优化编译器不再重复) ####

##### 解释器 #####

解释器基于原 microc 改进并在其上新增了上表所列的功能并对部分功能进行了改进。

*  bool 类型
    
    通过 bool 关键词定义，只支持赋值为 `true` 和 `false`，可以通过 `print` 的 `'b'` 类型来输出。
    
        void main(){
              
          bool x;
          bool k;
          x=true;
          k=false;
          print 'b' : x;
          print 'b' : k;
        }

![在这里插入图片描述][64259aee71eb4ac1bb39aa53abbee4bd.png_pic_center]

*  char 类型
    
    通过 `char` 关键词定义，支持赋值使用 `' '` 包裹的一个字符，可以通过 `print` 的 `'c'` 类型来输出。
    
        void main(){
              
          char a;
          a='a';
          print 'c' : a;
        }

![在这里插入图片描述][57b0e813f0eb474a82c07a813461fba3.png_pic_center]

*  float 类型
    
    通过 `float` 关键词定义，支持浮点数赋值，支持向下数据类型转换，可以通过 `print` 的 `'f'` 类型来输出。
    
        void main(){
              
          float a;
          a=1.1111;
          print 'f' : a;
        }

![在这里插入图片描述][8beec22a4426407cbcb49fa20526b9f2.png_pic_center]

*  For 循环
    
    for 循环的语句结构为：
    
    > for(表达式 1; 表达式 2; 表达式 3)\{  
    > 语句块  
    > \}
    
    运行过程为：
    
    1.  先执行“表达式 1”
    2.  再执行“表达式 2”，如果它的值为真（非 0），则执行循环体，否则结束循环。
    3.  执行完循环体后再执行“表达式 3”。
    4.  重复执行步骤 2) 和 3)，直到“表达式 2”的值为假，就结束循环。
    
    上面的步骤中，2) 和 3) 是一次循环，会重复执行，for 语句的主要作用就是不断执行步骤 2) 和 3)。
    
        void main(int n){
              
          int i;
          for (i=0;i<n;i=i+1){
              
            print 'd' : i;
          }
          print 'd' : n;
        }

![在这里插入图片描述][27df205ca0e145e183ccf3ddc30a2bd4.png_pic_center]

*  DoWhile
    
    dowhile 循环的语句结构为：
    
    > do  
    > \{  
    > 语句块;  
    > \}  
    > while (表达式);
    
    进入循环时，程序会先执行一次循环体，然后会对表达式进行判断，若表达式满足条件，继续执行，反之退出循环
    
        void main(int n){
              
          int i;
          i=0;
          do{
              
            i=i+2;
            print 'd' : i;
          }while(i<n);
          print 'd' : n;
        }

![在这里插入图片描述][ff6ce4b6290745d6af754ae72891cfb4.png_pic_center]

*  DoUntil
    
    DoUntil 循环的语句结构为：
    
    > do  
    > \{  
    > 语句块;  
    > \}  
    > until(表达式);
    
    进入循环时，程序会先执行一次循环体，然后会对表达式进行判断，若表达式不满足条件，继续执行，反之退出循环
    
        void main(int n){
              
          int i;
          i=0;
          do{
              
            print 'd' : i;
            i=i+1;
          }until(i>n);
          print 'd' : n;
        }

![在这里插入图片描述][1e2ec6982cee422e98a123fc91f489a5.png_pic_center]

*  三目运算符
    
    三目运算符的格式为：
    
        <表达式1> ? <表达式2> : <表达式3>;
    
    **返回值：先求表达式 1 的值，如果为真，则执行表达式 2，并返回表达式 2 的结果；如果表达式 1 的值为假，则执行表达式 3，并返回表达式 3 的结果。**
    
        void main(int n){
              
          int x;
          x=n>6 ? 0:1;
          print 'd' : x;
        }

![在这里插入图片描述][d79b5f85e4124a56b56f74b44573b8cf.png_pic_center]

*  位运算 << >>
    
    `>>` 右移操作会将运算数的二进制向右移动 `n` 位，`<<` 左移操作会将运算数的二进制向左移动 `n` 位
    
        int main(){
              
          int n;
          n=30;
          print 'd' : n;
          print 'd' :n<<3;
          print 'd' :n>>2;
        }

![在这里插入图片描述][693b4445f964484e8176df677076403b.png_pic_center]

*  switch-case
    
    多分支选择的 switch 语句的格式为
    
    > switch(表达式)\{  
    > case 常量表达式 1: 语句 1;  
    > case 常量表达式 2: 语句 2;  
    > …  
    > case 常量表达式 n: 语句 n;  
    > default: 语句 n+1;  
    > \}
    
    计算表达式的值, 并逐个与其后的常量表达式值相比较，当表达式的值与某个常量表达式的值相等时， 即执行其后的语句，然后不再进行判断，继续执行后面所有 case 后的语句。如表达式的值与所有 case 后的常量表达式均不相同时，则执行 default 后的语句。
    
        void main(int n){
              
          switch(n){
              
            case 1: {
              print 'd' : 1;break;}
            case 2: {
              print 'd' :0;break;}
            default: print 'd' : 233;
          }
          print 'd' : n;
        }

![在这里插入图片描述][6f351610ca8b426886b70328049078e4.png_pic_center]

*  模式匹配 match
    
    match 语句的格式为
    
    > match ecp with:
    > 
    > | 条件 1 -> 语句块 1
    > 
    > …
    > 
    > | \_ -> 语句块 n
    
    逐个比较判断体 ecp 与下面哪个条件一致则执行对应语句块，若都不一致，则执行 `_` 后的语句块 n
    
        void main(int ecp){
              
          match ecp with
          | 1 -> {
              print 'd' : ecp;break;}
          | 2 -> {
              print 'd' : ecp+1;break;}
          | _ -> print 'd' : 0;
          print 'd' : ecp;
        }

![在这里插入图片描述][6bb97cdb243f4809be345a8b2e7e0825.png_pic_center]

*  自增自减 ++ –
    
    `++` 和–可以实现参数的 `+1`，如 `I++` 等价于 `I=I+1`
    
    其中 `I++` 表示返回 `I` 的值，然后 I+1，`++I` 表示先 `I+1` 然后返回 I 的值
    
        void main(int n){
              
          print 'd' : n;
          n=n++;
          print 'd' : n;
          n=++n;
          print 'd' : n;
          n=n--;
          print 'd' : n;
          n=--n;
          print 'd' : n;
        }

![在这里插入图片描述][0c7b45483b16435dba636c44fc4e200b.png_pic_center]

*  \+= -= \*= /= 语法糖
    
    `I+=n` 等价于 `I=I+n`、`I-=n` 等价于 `I=I-n`、`I*=n` 等价于 `I=I*n`、`I/=n` 等价于 `I=I/n`
    
        void main(int n){
              
          int a;
          a=1;
          a+=n;
          print 'd' :a;
          int b;
          b=2;
          b-=n;
          print 'd':b;
          int c;
          c=4;
          c*=n;
          print 'd':c;
          int d;
          d=6;
          d/=n;
          print 'd':d;
        }

![在这里插入图片描述][7ba5e7b0b405454c9d727cc181fd250b.png_pic_center]

*  占位符 PASS
    
    占位符思想来源于 `python`，用于占位，没有实际含义。
    
        int main(){
              
          int i;
          for (i = 0; i < 10; i++) {
              
              pass;
          }
          print 'c':'1';
        }

![在这里插入图片描述][28b047c185fa4db5a1ebf65ae6e46788.png_pic_center]

*  continue
    
    跳过本次循环剩下语句，直接进入下一次循环
    
        void main(){
              
          int i;
          i=0;
          do{
              
              i=i+1;
              if (i%2==0) 
                  continue;
              print 'd' : i;
          }
          while(i<100);
        }

![在这里插入图片描述][13327b0d70f44b4db7dc51b5050c907f.png_pic_center]

*  print
    
    为了适应新的数据类型，所以我们重写了 `print`，在此处我们定义了三种类型符：c-char，d-int，f-float
    
        void main(){
              
          print 'd' :1;
        }

[64259aee71eb4ac1bb39aa53abbee4bd.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/ff421be1c9d5481d843994fd4a31303c.png
[57b0e813f0eb474a82c07a813461fba3.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/2dcaf4c0fb004841ba4e24affaea01fa.png
[8beec22a4426407cbcb49fa20526b9f2.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/24b7a46515494fef852b359695fb1731.png
[27df205ca0e145e183ccf3ddc30a2bd4.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/099d4c90dcd94e43b1c353ecdef7e58a.png
[ff6ce4b6290745d6af754ae72891cfb4.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/9ce020f60dd7471da7c516967b195aa7.png
[1e2ec6982cee422e98a123fc91f489a5.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/63c23f45882e49258c696fcf86a499ca.png
[d79b5f85e4124a56b56f74b44573b8cf.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/999f8b03f62f4fc0a040a09d641e93d9.png
[693b4445f964484e8176df677076403b.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/9b579706cd8848e1b1271da18253dd74.png
[6f351610ca8b426886b70328049078e4.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/b3ea9d66932143979e10896845966aaa.png
[6bb97cdb243f4809be345a8b2e7e0825.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/750923200fe84187a5510be021beefb4.png
[0c7b45483b16435dba636c44fc4e200b.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/f44f505027d34dcdaee017ac55c2f902.png
[7ba5e7b0b405454c9d727cc181fd250b.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/623fdd7bad6647d2876eb3a5830ea30d.png
[28b047c185fa4db5a1ebf65ae6e46788.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/36c60f31492a495d9018cbefc04d7f4f.png
[13327b0d70f44b4db7dc51b5050c907f.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/01/4d2b3cd9a72547419019b0fe1527fbfc.png