技术标签: 编译器
在这一节中,将介绍语法分析器。
在上一节的词法分析上实现SysY语言语法分析,来解析类似2 - 15 / 7 + 3 * 8 T_EOF
(T_EOF
表示终结符)
SysY 语言的文法采用扩展的 Backus 范式(EBNF,Extended Backus-NaurForm)表示,其中:
加减表达式: AddExp → UnaryExp (’+’ | ‘−’) UnaryExp
乘除模表达式: MulExp → UnaryExp (’*’ | ‘/’ | ‘%’) UnaryExp
在这里,“UnaryExp”可以简单地看作是整数。
可以看到SysY语言的语法是递归的,因此可以递归解析它。可以编写如下所示的伪代码:
递归解析函数()
{
扫描并检查第一个令牌是一个数字。如果不是,则返回错误。
获取下一个单词。
如果到达输入的末尾,则返回结果。
否则,调用递归解析函数()。
}
为了进行语义分析,我们需要代码来解释识别的输入,或将其转换为另一种格式,例如汇编代码。因此我们首先要将输入转换为语法分析树,也称为 AST。
AST 的节点结构:
// AST节点类型
enum
{
A_ADD, A_SUB, A_MUL, A_DIV, A_MOD, A_INT
};
// 抽象语法树结构
struct ASTnode
{
int op; // 节点的操作类型
struct ASTnode *left;
struct ASTnode *right;
int intvalue; // 整数节点的值,没有子树
};
用以下代码构建AST:
struct ASTnode *mkastnode(int op, struct ASTnode *left, struct ASTnode *right, int intvalue)
{
struct ASTnode *n;
n = (struct ASTnode *) malloc(sizeof(struct ASTnode));
if (n == NULL)
{
fprintf(stderr, "Unable to malloc in mkastnode()\n");
exit(1);
}
n->op = op;
n->left = left;
n->right = right;
n->intvalue = intvalue;
return n;
}
// 生成AST叶子节点
struct ASTnode *mkastleaf(int op, int intvalue)
{
return mkastnode(op, NULL, NULL, intvalue);
}
// 生成只有一个左孩子的一元AST节点
struct ASTnode *mkastunary(int op, struct ASTnode *left, int intvalue)
{
return (mkastnode(op, left, NULL, intvalue));
}
为了将词法分析中的单词用作AST节点操作值。首先,定义一个函数将单词映射到AST节点操作值。代码如下:
// 将单词转换为AST操作
int token_op(int token)
{
switch (token)
{
case T_ADD: return A_ADD;
case T_SUB: return A_SUB;
case T_MUL: return A_MUL;
case T_DIV: return A_DIV;
case T_MOD: return A_MOD;
default: fprintf(stderr, "unknown token in token_op() on line %d\n", Line);
exit(1);
}
}
然后定义一个函数来检查下一个单词是否为整数,并生成一个AST节点来储存整数值。
为此首先定义一个全局变量Token,表示从输入中扫描来的最新单词
struct token Token; //当前扫描单词
函数代码如下:
// 解析一个整数单词并返回表示它的AST节点
struct ASTnode *primary()
{
struct ASTnode *n;
// 对于整数单词,为其生成一个AST叶子节点并扫描下一个单词。
// 否则,语法错误。
switch (Token.token)
{
case T_INT:
n = mkastleaf(A_INT, Token.intvalue);
scan(&Token);
return n;
default:
fprintf(stderr, "syntax error on line %d\n", Line);
exit(1);
}
}
最后将上面的几个函数组装为语法分析器,代码如下:
struct ASTnode *binexpr()
{
struct ASTnode *n, *left, *right;
int nodetype;
// 获取左节点的整数,同时获取下一个单词
left = primary();
// 如果下一个单词是文件结尾,则返回左节点
if (Token.token == T_EOF) return left;
// 从单词映射到节点类型
nodetype = token_op(Token.token);
// 获取下一个单词
scan(&Token);
// 递归得到右子树
right = binexpr();
// 将左、右子树合并成一棵树
n = mkastnode(nodetype, left, right, 0);
return n;
}
为了直观显示结果,添加一个结果输出该函数,代码如下:
// AST操作符
char *ASTop[] = {
"+", "-", "*", "/", "%"};
// 给定一个AST,返回一个表达式
int interpretAST(struct ASTnode *n)
{
int leftval, rightval;
// 获得左、右子树值
if (n->left) leftval = interpretAST(n->left);
if (n->right) rightval = interpretAST(n->right);
// 调试:打印将要做的事情
if (n->op == A_INT) printf("int %d\n", n->intvalue);
else printf("%d %s %d\n", leftval, ASTop[n->op], rightval);
switch (n->op)
{
case A_ADD: return leftval + rightval;
case A_SUB: return leftval - rightval;
case A_MUL: return leftval * rightval;
case A_DIV: return leftval / rightval;
case A_MOD: return leftval % rightval;
case A_INT: return n->intvalue;
default: fprintf(stderr, "Unknown AST operator %d\n", n->op);
exit(1);
}
}
同时修改main()函数为以下代码,来验证结果
// 用法 compiler -o -s outfile infile
int main(int argc, char *argv[])
{
struct ASTnode *n;
if(argc != 5)
{
fprintf(stderr, "compiler -o -s outfile infile\n");
exit(1);
}
init();
if ((Infile = fopen(argv[4], "r")) == NULL)
{
fprintf(stderr, "Unable to open %s: %s\n", argv[1], strerror(errno));
exit(1);
}
scan(&Token); // 从输入中获得第一个单词
n = binexpr(); // 解析表达式
printf("%d\n", interpretAST(n)); // 计算最终的结果
}
输入:
2 - 15 / 7 + 3 * 8
输出:
int 2
int 15
int 7
int 3
int 8
3 * 8
7 + 24
15 / 31
2 - 0
2
输入:
2 - 15 / 7 + 3 * * 8
输出:
syntax error on line 1
输入:
2 8 - 15 / 7 + 3 * 8
输出:
unknown token in token_op() on line 1
可以看到这个语法分析器可以识别SysY语言的部分语法,并检查编译器的输入是否符合该语法,但不能处理不同的运算符优先级。就目前而言,该代码将所有运算符都视为具有相同的优先级。在下一节,将加入对表达式进行语义分析的代码以获得正确的数学结果。
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