中间代码生成

一．实验题目
DO-WHILE循环语句的中间代码生成
二．实验目的
通过设计、编制、调试一个 do-while 循环语句的语法及语义分析程序，加深对
法及语义分析原理的理解，并实现词法分析程序对单词序列的词法检查和分析。

三． 实验内容及结果

  1. 根据给出的样例程序，补充填写部分并运行;
    (1)程序清单，填写部分用红色标注
#include<string>
#include<iostream>
#include <fstream>
#include<cctype>
using namespace std;
int const ACC = 1 << 31 - 1;
string filename; //用来输入文件名用
string symbol[200];
string blankCharacter = " ";
int num = 0;
//int start; //用在输出输入串时确定开始的位置
//------------------------------------------------------
struct stateStack //定义状态栈
{
	int top;
	int m[100];
};
void InitStateStack(stateStack& s)//建立状态栈
{
	s.top = 0;
}
int PushState(stateStack& s, int i)//把元素压入栈
{
	if (s.top == 100) return -1;
	else
	{
		s.m[s.top] = i;
		s.top++;
	}
	return 0;
}
int GetStateTop(stateStack& s) //取栈顶符号
{
	int i;
	if (s.top == 0) return -1;
	else
	{

		i = s.m[s.top - 1];
	}
	return i;
}
void PopStateTop(stateStack& s)//删除栈顶元素
{
	if (s.top == 0) cout << "wrong!";
	else
		--s.top;
}
//-----------------------------------------------------------------
//定义一个用于四元式输出的栈
struct quaternionStack
{
	int top;
	string s[5];
};
//-----------------------------------------------------------------
//
struct symbolStack//定义符号栈
{
	int top;
	string st[100];
};
void InitSymbolStack(symbolStack& s)//建立符号栈
{
	s.top = 0;
}
int PushSymbol(symbolStack& s, string str)//把元素压入栈
{
	if (s.top == 100) return -1;
	else
	{
		s.st[s.top] = str;
		s.top++;
	}
	return 0;
}
string GetSymbolTop(symbolStack& s) //取栈顶符号
{
	string str;
	if (s.top == 0) cout << "wrong!";

	else
	{
		str = s.st[s.top - 1];
	}
	return str;
}
void PopSymbolTop(symbolStack& s)//删除栈顶元素
{
	if (s.top == 0) cout << "wrong!";
	else
		--s.top;
}
//----------------------------------------------------------
//词法分析部分
const string keyWord[] = //定义关键字表
{
"int","double","float","void","long","for","if","else","while","include",
"return","break","continue","do","true","false","case","switch"
};
void showLex(string& s)
{
	symbol[num] = s;
	++num;
	ofstream fout("词法分析.txt", ios::out | ios::app);
	if (isdigit(s[0]))
	{
		fout << "< " << s << ",常数 >" << endl;
		s = "";
	}
	else
		for (int i = 0; i < 18; ++i)
		{
			if (s == keyWord[i])
			{
				fout << "< " << s << "，关键字 | 指向 " << s << " 的关键字表项的指针" << endl;
				break;
			}
			if (i == 17)
			{
				if (ispunct(s[0]) && s[0] != '_')
				{
					fout << "< " << s << ",运算符 | 指向 " << s << " 的运算符表项的指针 " << endl;
				}
				else
				{
					fout << "< id,标识符 | 指向 " << s << " 的符号表项的指针 >" <<
						endl;
				}
			}
		}
	s = "";
}
bool isDelimiters(char ch) //判断是否为界限符
{
	bool tag = 0;
	string s = "{[()]},;\'\"";
	for (int i = 0; i < s.size(); i++)
	{
		if (ch == s[i])
		{
			tag = 1;
			break;
		}
	}
	return tag;
}
bool isBlank(char ch) //判断是否为空
{
	bool tag = 0;
	if (ch == ' ')
		tag = 1;
	return tag;
}
bool isDecimalPoint(char ch) //判断是否为小数点
{
	bool tag = 0;
	if (ch == '.')
		tag = 1;
	return tag;
}
void lexAnalysis(string s)
{
	string yunsf, biaosf;
	for (int i = 0; i < s.size(); i++)
	{
		if (isBlank(s[i])) //判断是否为空
		{
			if (biaosf != "")
				showLex(biaosf);
		}
		else if (ispunct(s[i]))
		{//C 库函数 int isgraph(int c) 检查所传的字符是否有图形表示法。带有图形表
		//	示法的字符是除了空白字符（比如 ' '）以外的所有可打印的字符。
			if (isDelimiters(s[i]))
			{
				if (yunsf != "")
					showLex(yunsf);
				if (biaosf != "")
					showLex(biaosf);
				ofstream fout("词法分析.txt", ios::out | ios::app);
				fout << "< " << s[i] << ",界限符 | 指向 " << s[i] << " 的界限符的指针" << endl;
				symbol[num] = s[i];
				num++;
			}
			else if (isDecimalPoint(s[i]) || s[i] == '_')
			{
				biaosf += s[i];
}
			else
			{
				if (biaosf != "")
					showLex(biaosf);
				yunsf += s[i];
			}
		}//end ispunct( )
		else
		{
			if (yunsf != "")
				showLex(yunsf);
			biaosf += s[i];
		}
	}
	symbol[num] = "#";
}//词法分析结束
//12
//-------------------------------------------------------------------
//语法分析部分
//推导式部分
string production[18] = {
"S'-->S",
"S-->doAwhileB",
"A-->{F}",
"F-->M" ,
"F-->FM",
"M-->i=E;",
"E-->E+i",
"E-->E-i",
"E-->E*i",
"E-->E/i",
"E-->i",
"E-->(E)",
"B-->(iOi)",
"O--><",
"O--><=",
"O-->>",
"O-->>=",
"O-->!=",
};
//-----------------------------------------------------------------
//GOTO控制部分
void GOTO(int i, char b, stateStack& state_stack, symbolStack& symbol_stack)
{
	// cout<<"GOTOzhong fterminals wei: "<<b<<endl;
	if (i == 0 && b == 'S')
	{
		PushState(state_stack, 1);
	}
	else if (i == 2 && b == 'A')
	{
		PushState(state_stack, 3);
	}
	else if (i == 4 && b == 'B')
	{
		PushState(state_stack, 29);
	}
	else if (i == 5 && b == 'F')
	{

		PushState(state_stack, 6);
	}
	else if (i == 5 && b == 'M')
	{
		PushState(state_stack, 9);
	}
	else if (i == 6 && b == 'M')
	{
		PushState(state_stack, 8);
	}
	else if (i == 11 && b == 'E')
	{
		PushState(state_stack, 13);
	}
	else if (i == 24 && b == 'O')
	{
		PushState(state_stack, 26);
	}
	else if (i == 34 && b == 'E')
	{
		PushState(state_stack, 35);
	}
	string B = "";
	B = B + b;
	PushSymbol(symbol_stack, B);
}
//--------------------------------------------------------------------
//Action控制表
//n大于0表示移进
//n小于0则达标要进行规约，-n就代表用哪个推导式进行规约
//ACC代表规约成功 0表示出错
const int Action[38][19] = {
{2}, //状态0 入栈do
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,ACC}, //状态1 # ACC
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,5}, //状态2 入栈{
{0,4}, //状态3 入栈while
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,23 }, //状态4 入栈 (
{0,0,10}, //状态5 入栈i
{0,0,10,0,0,0,0,0,0,0,7,0}, //状态6 入栈i }
{0,-2}, //状态7 规约 2. A→{F} //while
{0,0,-4,0,0,0,0,0,0,0,-4}, //状态8 规约4. F→FM //i }
{0,0,-3,0,0,0,0,0,0,0,-3}, //状态9 规约3. F→M //i }
{0,0,0,11}, //状态10 入栈=
{0,0,12,0,0,0,0,0,0,0,0,34},//状态11 入栈 i (
{0,0,0,-10,-10,-10,-10,-10,-10,0,0,0,-10},
//状态12规约10.E→i= + - * / ;
{0,0,0,0,15,16,17,18,14}, //状态13 入栈 + - * / ;
{0,0,-5,0,0,0,0,0,0,0,-5}, //状态14 //规约 5. M→i=E;//i }
{0,0,19}, //状态15 入栈i
{0,0,20}, //状态16 入栈i
{0,0,21}, //状态17 入栈i
{0,0,22}, //状态18 入栈i
{0,0,0,0,-6,-6,-6,-6,-6,0,0,0,-6},
//状态19 规约 6.E→E+i // + - * / ;
{0,0,0,0,-7,-7,-7,-7,-7,0,0,0,-7},
//状态20规约 7. E→E-i // + - * / ;
{0,0,0,0,-8,-8,-8,-8,-8,0,0,0,-8},
//状态21规约 8. E→E*i // + - * / ;
{0,0,0,0,-9,-9,-9,-9,-9,0,0,0,-9},
//状态22 规约 9.E→E/i // + - * / ;
{0,0,24}, //状态23 入栈i
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,25,30,31,32,33},//入栈 < <= > >= !=
{0,0,-13}, //状态25 规约 13. O→< 
{0,0,27}, //状态26 入栈 i 
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,28}, //状态27 入栈 )
{0,0,0,0,0,0,0,0,-12,0,0,0,0,0},//状态28 规约12. B→(iOi) //;
{0,0,0,0,0,0,0,0,37}, //状态29 入栈 ；
{0,0,-14}, //状态30 规约14. O→<= //i
{0,0,-15}, //状态31 规约15. O→> //i
{0,0,-16}, //状态32 规约16. O→>= //i
{0,0,-17}, //状态33 规约17. O→!= //i
{0,0,12,0,0,0,0,0,0,0,0,34}, //状态34 入栈 i (
{0,0,0,0,15,16,17,18,0,0,0,0,36},//状态35 入栈 + - * / )
{0,0,0,0,-11,-11,-11,-11,-11,0,0,0,-11},//状态36 规约
//11.E→(E)//+ - * / ;
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,-1}//状态37 规约 1.S→doAwhileB; //#
};
//--------------------------------------------------------------
//终结符表
string terminals[19] =
{ "do","while","i","=","+","-","*","/",";","{","}","(",")","#","<","<=","> "," >= "," != " };
//--------------------------------------------------------------------
//输出每步的分析过程 存储在文件“语法分析.txt”中
void showResult(stateStack& state_stack, symbolStack& symbol_stack, int start)
{
	//每次归约完毕后查看当前符号栈栈顶状态
	cout << GetSymbolTop(symbol_stack) << " " << GetStateTop(state_stack) << endl;
	ofstream yffout("语法分析.txt", ios::out | ios::app);
	for (int i = 0; i < state_stack.top; i++)
	{
		if (state_stack.m[i] >= 10)
		{
			yffout << "(" << state_stack.m[i] << ")";
		}
		else
			yffout << state_stack.m[i];
	}
	yffout << " ";
	for (int j = 0; j < symbol_stack.top; j++)
		yffout << symbol_stack.st[j];
	yffout << " ";
	for (int k = start; k <= num + 1; k++)
		yffout << symbol[k];
	yffout << endl;
}
//-----------------------------------
//表达式规约部分
void Reduce()
{
	ofstream syfout("四元式.txt", ios::out | ios::app);
	int start = 0, now = 0;
	quaternionStack quaternion_stack;
	quaternion_stack.top = 0;
	int order = 0;
	int m = 0, n, j;
	stateStack state_stack; //建状态栈
	InitStateStack(state_stack);
	PushState(state_stack, m);
	symbolStack symbol_stack;//建符号栈
	InitSymbolStack(symbol_stack);
	PushSymbol(symbol_stack, "#");
	//对栈进行初始化
	for (int i = 0; i <= num; i++)
	{
		showResult(state_stack, symbol_stack, i); //i+1代表已归约现在可查看新的状态
		string temp = symbol[i];
		j = 0;
		while (terminals[j] != temp) //查找终结符对应的下标
		{
			++j;
			if (j >= 19)
			{
				j = 2; //如果是变量或者常量，令：j = 2，即对应终结符 i
				break;
			}
		}
		m = GetStateTop(state_stack); //查看当前状态栈的栈顶
		n = Action[m][j];
		int rightLength;
		while (n < 0)
{
			n = -n;
			if (n == 14 || n == 16 || n == 17)
				rightLength = production[n].size() - 5;
			else if (n == 1)
				rightLength = production[n].size() - 8;
			else
				rightLength = production[n].size() - 4;
			//cout<<"表达式"<<(n-40)<<"的右部长度为"<<rightLength<<endl;
			//----------------------------------------------------------
			//四元式输出控制部分
			string ss0, ss1, ss2;
			string t[] = { "t0","t1","t2","t3","t4","t5","t6","t7","t8","t9","t10" };
			if (n == 10) //当用 10.E→i 式归约时,开始建立栈
			{
				quaternion_stack.s[quaternion_stack.top] = symbol[i - 1];
				++quaternion_stack.top;
			}
			else if (n >= 6 && n <= 9)//6. E→E+i 7.E→E-i 8.E→E*I 9.E→E/i
			{
				--quaternion_stack.top;
				ss0 = quaternion_stack.s[quaternion_stack.top];
				--quaternion_stack.top;
				ss1 = quaternion_stack.s[quaternion_stack.top];
				--quaternion_stack.top;
				ss2 = quaternion_stack.s[quaternion_stack.top];
					syfout << now << " (" << ss1 << "," << ss2 << "," << ss0 << "," << t[order] << ")" << endl;//运算的四元式
				++now;
				quaternion_stack.s[quaternion_stack.top] = t[order];
				++quaternion_stack.top;
				++order;
			}
			else if (n == 5) //赋值语句的四元式；5. M→i=E;
			{
				int l = symbol_stack.top - 4;
				quaternion_stack.top = 0;
				syfout << now << " (=:," << quaternion_stack.s[quaternion_stack.top]
					<< ",-," << symbol_stack.st[l] << ")" << endl;
				++now;
			}
			else if (n == 13 || n == 14 || n == 15 || n == 16)//判断语句的四元式
				syfout << now << " if " << symbol[i - 2] << symbol[i - 1] << symbol[i]
				<< " goto " << start << endl;
			//------------------------------------------------------
			for (int k = 1; k <= rightLength; k++)
			{
				PopSymbolTop(symbol_stack);
				PopStateTop(state_stack);
			}
			// showLex(state_stack,symbol_stack,i); 
			GOTO(GetStateTop(state_stack), production[n][0], state_stack,
				symbol_stack);//此处用到了状态栈和符号的引用
			showResult(state_stack, symbol_stack, i);
			m = GetStateTop(state_stack); //while xunhuanblankCharacterzhibufen 
			n = Action[m][j];
		}
		if (n == 0)
{
			cout << "归约出错";
			break;
		}
		if (n == ACC)
			cout << "规约成功" << endl;
		else
		{
			PushState(state_stack, n);
			// cout<<n<<endl;
			PushSymbol(symbol_stack, temp);
			//每次移进后都重新输出状态栈，符号栈和符号串
			if (quaternion_stack.top > 0)
			{
				quaternion_stack.s[quaternion_stack.top] = temp;
				// cout<<quaternion_stack.s[quaternion_stack.top];
				++quaternion_stack.top;
			}
		}
	}
}
//------------------------------------------------------------------
//主函数
int main()
{
//	cout << "输入需要进行分析的程序的名称:\n";
//	cin >> filename;
	filename = "test.cpp";
	ifstream fin(filename.c_str()); //待添加当文件不存在 的处理
	string line, s;
	fin >> line; //直接读取到空格，并且省略回车,最后至少要有空格或省略号
	while (!fin.eof())
	{
		s = s + line + blankCharacter;
		fin >> line;
	}
	fin.close();
	ofstream fout("词法分析.txt");
	fout << "";
	cout << s << "--------" << endl; //在字符界面查看需要分析的字符串，可以删除
	lexAnalysis(s); //词法分析
	for (int i = 0; i <= num; i++)
		cout << i << ": " << symbol[i] << endl;
	ofstream yffout("语法分析.txt");
	yffout << "状态栈" << "\t\t符号栈" << "\t\t\t\t输入串" << endl;
	ofstream syfout("四元式.txt");
	syfout << "";
	Reduce(); //语法分析，进行规约
	return 0;
}



（2）程序测试用例
 int a = 1, b = 2, c = 3;
do
{
	a = a * b + b - c;
	i=i+100;
} while ( i < i ) ; #

(3)词法分析生成文件内容截图
在这里插入图片描述
（4）语法分析生成文件内容截图

在这里插入图片描述
（5）中间代码生成文件内容截图

在这里插入图片描述

2.根据所设计的分析程序和所给定的测试用例，自行构造识别活前缀的DFA、ACTION表和GOTO表，上机测试并通过所设计的分析程序。
（1）自行构造的识别活前缀的DFA图：

在这里插入图片描述

(2)自行设计的ACTION表和ACTION表所对应的C语言源代码：

在这里插入图片描述

//Action控制表
//n大于0表示移进
//n小于0则达标要进行规约，-n就代表用哪个推导式进行规约
//ACC代表规约成功 0表示出错
const int Action[38][19] = {
{2}, //状态0 入栈do
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,ACC}, //状态1 # ACC
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,5}, //状态2 入栈{
{0,4}, //状态3 入栈while
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,23 }, //状态4 入栈 (
{0,0,10}, //状态5 入栈i
{0,0,10,0,0,0,0,0,0,0,7,0}, //状态6 入栈i }
{0,-2}, //状态7 规约 2. A→{F} //while
{0,0,-4,0,0,0,0,0,0,0,-4}, //状态8 规约4. F→FM //i }
{0,0,-3,0,0,0,0,0,0,0,-3}, //状态9 规约3. F→M //i }
{0,0,0,11}, //状态10 入栈=
{0,0,12,0,0,0,0,0,0,0,0,34},//状态11 入栈 i (
{0,0,0,-10,-10,-10,-10,-10,-10,0,0,0,-10},
//状态12规约10.E→i= + - * / ;
{0,0,0,0,15,16,17,18,14}, //状态13 入栈 + - * / ;
{0,0,-5,0,0,0,0,0,0,0,-5}, //状态14 //规约 5. M→i=E;//i }
{0,0,19}, //状态15 入栈i
{0,0,20}, //状态16 入栈i
{0,0,21}, //状态17 入栈i
{0,0,22}, //状态18 入栈i
{0,0,0,0,-6,-6,-6,-6,-6,0,0,0,-6},
//状态19 规约 6.E→E+i // + - * / ;
{0,0,0,0,-7,-7,-7,-7,-7,0,0,0,-7},
//状态20规约 7. E→E-i // + - * / ;
{0,0,0,0,-8,-8,-8,-8,-8,0,0,0,-8},
//状态21规约 8. E→E*i // + - * / ;
{0,0,0,0,-9,-9,-9,-9,-9,0,0,0,-9},
//状态22 规约 9.E→E/i // + - * / ;
{0,0,24}, //状态23 入栈i
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,25,30,31,32,33},//入栈 < <= > >= !=
{0,0,-13}, //状态25 规约 13. O→< 
{0,0,27}, //状态26 入栈 i 
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,28}, //状态27 入栈 )
{0,0,0,0,0,0,0,0,-12,0,0,0,0,0},//状态28 规约12. B→(iOi) //;
{0,0,0,0,0,0,0,0,37}, //状态29 入栈 ；
{0,0,-14}, //状态30 规约14. O→<= //i
{0,0,-15}, //状态31 规约15. O→> //i
{0,0,-16}, //状态32 规约16. O→>= //i
{0,0,-17}, //状态33 规约17. O→!= //i
{0,0,12,0,0,0,0,0,0,0,0,34}, //状态34 入栈 i (
{0,0,0,0,15,16,17,18,0,0,0,0,36},//状态35 入栈 + - * / )
{0,0,0,0,-11,-11,-11,-11,-11,0,0,0,-11},//状态36 规约
//11.E→(E)//+ - * / ;
{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,-1}//状态37 规约 1.S→doAwhileB; //#
};
//--------------------------------------------------------------

(3)自行设计的GOTO表和GOTO表所对应的C语言源代码：

![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/975fcc31c00c4b439eae8992f725ae58.png)

//GOTO控制部分
void GOTO(int i, char b, stateStack& state_stack, symbolStack& symbol_stack)
{
	// cout<<"GOTOzhong fterminals wei: "<<b<<endl;
	if (i == 0 && b == 'S')
	{
		PushState(state_stack, 1);
	}
	else if (i == 2 && b == 'A')
	{
		PushState(state_stack, 3);
	}
	else if (i == 4 && b == 'B')
	{
		PushState(state_stack, 29);
	}
	else if (i == 5 && b == 'F')
	{

		PushState(state_stack, 6);
	}
	else if (i == 5 && b == 'M')
	{
		PushState(state_stack, 9);
	}
	else if (i == 6 && b == 'M')
	{
		PushState(state_stack, 8);
	}
	else if (i == 11 && b == 'E')
	{
		PushState(state_stack, 13);
	}
	else if (i == 24 && b == 'O')
	{
		PushState(state_stack, 26);
	}
	else if (i == 34 && b == 'E')
	{
		PushState(state_stack, 35);
	}
	string B = "";
	B = B + b;
	PushSymbol(symbol_stack, B);
}

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