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CPU0 处理器的架构及应用

作者:互联网

CPU0 处理器的架构及应用

简介

CPU0 是一个 32 位的处理器,包含 R0..R15, IR, MAR, MDR 等缓存器,结构如下图所示。

 

 

 图 1 :CPU0 处理器的结构

其中各个缓存器的用途如下所示:

IR

指令缓存器

R0

常数缓存器, 值永远为 0。

R1~R11

通用型缓存器。

R12

状态缓存器 (Status Word : SW)

R13

堆栈指针缓存器 (Stack Pointer : SP)

R14

链接缓存器 (Link Register : LR)

R15

程序计数器 (Program Counter : PC)

MAR

地址缓存器 (Memory Address Register)

MDR

数据缓存器 (Memory Data Register)

CPU0 的指令集

CPU0 的指令分为三种类型,L 型通常为加载储存指令、A 型以算术指令为主、J 型则通常为跳跃指令,下图显示了这三种类型指令的编码格式。

 

 

 图 2:CPU0 的三种指令格式

以下是 CPU0 处理器的指令表格式

表 1 :CPU0 的指令表

 

 

 在第二版的 CPU0_v2 中,补上了以下指令:

类型

格式

指令

OP

说明

语法

语意

浮点运算

A

FADD

41

浮点加法

FADD Ra, Rb, Rc

Ra = Rb + Rc

浮点运算

A

FSUB

42

浮点减法

FSUB Ra, Rb, Rc

Ra = Rb + Rc

浮点运算

A

FMUL

43

浮点乘法

FMUL Ra, Rb, Rc

Ra = Rb * Rc

浮点运算

A

FADD

44

浮点除法

FDIV Ra, Rb, Rc

Ra = Rb / Rc

中断处理

J

IRET

2D

中断返回

IRET

PC = LR; INT 0

状态缓存器

CPU0 的状态缓存器,包含 N, Z, C, V 等状态,以及 I, T 等中断模式位。结构如下图所示。

 

 

 图 3:CPU0 的状态缓存器

当 CMP Ra, Rb 指令执行时,状态标志会因而改变。

假如 Ra > Rb, 则会设定状态 N=0, Z=0
假如 Ra < Rb, 则会设定状态 N=1, Z=0
假如 Ra = Rb, 则会设定状态 N=0, Z=1

于是条件式跳跃的 JGT, JLT, JGE, JLE, JEQ, JNE 等指令,就可以根据状态缓存器中的 N, Z 标志进行跳跃操作。

指令的执行步骤

CPU0在执行一个指令时,必须经过取指、译码与执行等三大阶段。

  1. 提取阶段
    • 操作1、提取指令 :IR = [PC]
    • 操作2、更新计数器 :PC = PC + 4
  2. 解碼阶段
    • 操作3、解碼 :控制单元对IR进行译码后,设定数据流向开关与 ALU 的运算模式
  3. 运行时间
    • 操作4、执行 :数据流入 ALU,经过运算后,流回指定的缓存器

V-OS: 横跨操作系统与硬件的虚拟机系统

  1. 设计一个虚拟机系统,可以将 CPU A, B, C, D, E … 模拟成另外任何一种 CPU,这样是否能解决所有的跨平台问题呢?
    • QEMU 其实可以做到类似的操作,想法与 QEMU 不同点在于 QEMU 是在操作系统层次之上的,做法是在操作系统层次之下的。
    • 这样子就可以将在任何一个 CPU 上,跑另一个操作系统的程序,但是,不知速度会比 QEMU 快还是慢呢?
    • 这种做法姑且可以想象为「云端虚拟机」!
    • 不知大家觉得可能吗?有用吗?

 

 

 图一:V-OS 系统的架构图

CC1 编译程序

为了说明编译程序是如何设计出来的,在开放计算机计划中,设计了一个功能完备,简化过的 C 语言,这个语言称为 C1 语言,是 C0 语言的扩充版。

CC1 编译程序是一个 C1 语言的编译程序,具有完成的编译程序功能。在程序设计上,CC1 又被进一步拆解为 1. 词汇分析 2. 语法分析 3. 语意分析 4. 中间码产生 5. 汇编语言产生 等阶段,这所有的阶段,都会存取一个共同的数据结构,就是符号表。

因此,整个 CC1 编译程序,进一步分解为下列程序模块。

模块

核心对象

程序

词汇分析 (Lexical Analysis)

Scanner

Scanner.c, Scanner.h

语法分析 (Syntax Analysis)

Parser

Parser.c, Parser.h

语意分析 (Semantic Analysis)

Semantic

Semantic.c, Semantic.h

中间码产生 (Intermediate Code)

PCode

PCode.c, PCode.h

汇编语言产生 (Code Generation)

Generator

Generator.c, Generator.h

符号表 (Symbol Table)

SymTable

SymTable.c, SymTable.h

Lua

  1. http://zh.wikipedia.org/wiki/Lua

Lua 的 BNF

    chunk ::= {stat [`;´]} [laststat [`;´]]
 
    block ::= chunk
 
    stat ::=  varlist `=´ explist | 
         functioncall | 
         do block end | 
         while exp do block end | 
         repeat block until exp | 
         if exp then block {elseif exp then block} [else block] end | 
         for Name `=´ exp `,´ exp [`,´ exp] do block end | 
         for namelist in explist do block end | 
         function funcname funcbody | 
         local function Name funcbody | 
         local namelist [`=´ explist] 
 
    laststat ::= return [explist] | break
 
    funcname ::= Name {`.´ Name} [`:´ Name]
 
    varlist ::= var {`,´ var}
 
    var ::=  Name | prefixexp `[´ exp `]´ | prefixexp `.´ Name 
 
    namelist ::= Name {`,´ Name}
 
    explist ::= {exp `,´} exp
 
    exp ::=  nil | false | true | Number | String | `...´ | function | 
         prefixexp | tableconstructor | exp binop exp | unop exp 
 
    prefixexp ::= var | functioncall | `(´ exp `)´
 
    functioncall ::=  prefixexp args | prefixexp `:´ Name args 
 
    args ::=  `(´ [explist] `)´ | tableconstructor | String 
 
    function ::= function funcbody
 
    funcbody ::= `(´ [parlist] `)´ block end
 
    parlist ::= namelist [`,´ `...´] | `...´
 
    tableconstructor ::= `{´ [fieldlist] `}´
 
    fieldlist ::= field {fieldsep field} [fieldsep]
 
    field ::= `[´ exp `]´ `=´ exp | Name `=´ exp | exp
 
    fieldsep ::= `,´ | `;´
 
    binop ::= `+´ | `-´ | `*´ | `/´ | `^´ | `%´ | `..´ | 
         `<´ | `<=´ | `>´ | `>=´ | `==´ | `~=´ | 
         and | or
 
    unop ::= `-´ | not | `#´
  1. Lua 5.1 Reference Manual — http://www.lua.org/manual/5.1/manual.html
    • 最后有 Lua 的 BNF。
  2. Lua Interpreter in C — http://www.lua.org/source/5.1/lua.c.html
  3. Lua Compiler in Lua — http://lua-users.org/wiki/LuaCompilerInLua
  4. Lua Interpreter in Lua — http://lua-users.org/wiki/LuaInterpreterInLua
  5. http://luajit.org/ — The LuaJIT Project

CC1 编译程序的符号表

#ifndef SYMTABLE_H
#define SYMTABLE_H
 
#include "lib.h"
#include "HashTable.h"
#include "Tree.h"
 
// 型态 Type 有:函数、结构与指针与基本型态
//   基本 : int x;
//   指标  : int *px;
//   函数  : int total(int a[]) {...};  
//   结构  : struct Person { ... };
 
typedef struct _Method {
    char *name;
    char *returnType;
    Array *params;
} Method;
 
typedef struct _Struct {
    char *name;
    Array *fields;
} Struct;
 
typedef union _Type {
    Method *pmethod;
    Struct *pstruct;
    char   *pbtype;
} Type;
 
// 符号的值可能是 byte, int, float 或 pointer (包含 struct, method, type*)
typedef union _Value {
    BYTE  bvalue;
    int   ivalue;
    float fvalue;
    void  *pvalue;
} Value;
 
// 变量符号: int x; Symbol(name=x, tag=VAR, type=int)
// 函数符号: int total(int a[]) {...};  Symbol(name=total, tag=METHOD, type=int)
// 结构符号: struct Person { ... }; Symbol(name=x, tag=ETYPE, type=int)
typedef struct _Symbol { // 符号记录
    void  *scope; // 所属领域 
    char  *name;  // 符号名称 (x, px, Person, total) 
    char  *tag;   // 符号标记 (变量定义 VAR 函数定义 METHOD、结构定义 STRUCT)
    Type  type;   // 符号的形态 
    Value value;  // 符号的值 
} Symbol;
 
typedef HashTable SymTable;
 
Symbol *SymNew(void *scope, char *name, char *tag);
void SymFree(Symbol *s);
void TypeFree(Type *type);
 
SymTable *SymTableNew();
Symbol *SymTablePut(SymTable *table, Symbol *sym);
Symbol* SymTableGet(SymTable *table, void *scope, char *name);
void SymTableFree(SymTable *table);
void SymTableDebug(SymTable *table);
 
#endif

CC1 的词汇分析 (Scanner) 程序

档案Scanner.h

#ifndef SCANNER_H

#define SCANNER_H

 

#include "lib.h"

 

typedef struct {           // 扫描仪的对象结构

    char *text;            //   输入的程序 (text)

    int len;               //   程序的总长度

    // 注意:以下的 xSave 都是在 ScannerStore() 与 ScannerRestore() 时使用的备份。

    int i, iSave;          //   目前词汇的位置

    int line, lineSave;    //   目前词汇的行号

    int pos, posSave;      //   目前词汇的起始点

    char *tag, *tagSave;   //   词汇的标记

    char token[100], tokenSave[100]; // 目前的词汇

} Scanner;

 

void ScannerTest(char *fileName);   // Scanner 词汇分析阶段的测试程序。

Scanner* ScannerNew(char *pText);   // 建立新的词汇分析 Scanner 对象

void ScannerFree(Scanner *s);       // 释放 Scanner 对象

void ScannerStore(Scanner *s);      // 储存 Scanner 的目前状态

void ScannerRestore(Scanner *s);    // 恢复 Scanner 的储存状态

BOOL ScannerIsNext(Scanner *s, char *pTags); // 检查下一个词汇是否符合 tag 标记。

void ScannerNext(Scanner *s);       // 取得下一个词汇 (token)

char ch(Scanner *s);                // 取得目前字符

void cnext(Scanner *s);             // 前进到下一个字符

char *tokenToTag(char *token);      // 对词汇 (token) 进行标记 (tag)

 

// 宣告 Token 变量,包含关键词 if, for, 运算符 ++, / 与 非终端项目 IF, FOR...

#define DEF(var, str) extern char var[];

#include "Token.h"

#undef DEF

 

#endif

档案Scanner.c

#include <string.h>

#include "Scanner.h"

 

// 宣告关键词的字符串变量,像是 char kIF[]="if"; ...char EXP[]="EXP";...

#define DEF(var, str) char var[]=str;

#include "Token.h"

#undef DEF

 

// 宣告关键词数组, gTagList={...,"if", ...,"EXP", ... };

char *gTokenList[] = {

#define DEF(var, str) var,

#include "Token.h"

#undef DEF

};

 

// 功能:Scanner 词汇分析阶段的测试程序。

// 范例:ScannerTest("test.c1");

void ScannerTest(char *fileName) {

    debug("======================ScannerTest()=========================\n");   

    char *text = fileToStr(fileName); // 读取整个程序文件,成为一个字符串 text

    Scanner *s = ScannerNew(text); // 建立 Scanner 对象

    while (TRUE) { // 不断扫描词汇,直到档案结束

        ScannerNext(s); // 取得下一个词汇

        debug("token=%-10s tag=%-10s line=%-4d pos=%-3d\n",

              s->token, s->tag, s->line, s->pos);

        if (s->tag == kEND) // 已经到程序结尾

            break; // 结束扫描

    }

    ScannerFree(s); // 释放 Scanner 对象

    strFree(text); // 释放字符串 text

    memCheck(); // 检查内存

}

 

// 功能:建立新的词汇分析 Scanner 对象

// 范例:Scanner *s = ScannerNew(text);

Scanner* ScannerNew(char *pText) {

    Scanner *s = ObjNew(Scanner, 1);

    s->text = pText;

    s->len = strlen(pText);

    s->i = 0;

    s->line = 1;

    s->pos = 1;

//    ScannerNext(s);

    return s;

}

 

// 功能:释放 Scanner 对象

// 范例:ScannerFree(s);

void ScannerFree(Scanner *s) {

    ObjFree(s);

}

 

// 功能:储存 Scanner 的目前状态

// 说明:剖析时若「偷看」后面几个 token,就必须使用 ScannerStore() 储存,然后呼叫

//       ScannerNext() 偷看,之后再用 ScannerRestore() 恢复,以完成整个偷看过程。

// 范例:ScannerStore(s);

void ScannerStore(Scanner *s) {

    s->iSave = s->i;

    s->posSave = s->pos;

    s->lineSave = s->line;

    s->tagSave = s->tag;

    strcpy(s->tokenSave, s->token);

}

 

// 功能:恢复 Scanner 的储存状态

// 范例:ScannerRestore(s);

void ScannerRestore(Scanner *s) {

    s->i = s->iSave;

    s->pos = s->posSave;

    s->line = s->lineSave;

    s->tag = s->tagSave;

    strcpy(s->token, s->tokenSave);

}

 

// 功能:检查下一个词汇是否符合 tag 标记。

// 范例:if (ScannerIsNext(s, "+|-|*|/")) ScannerNext(s);

BOOL ScannerIsNext(Scanner *s, char *pTags) { // 检查下一个词汇的型态

    char tTags[MAX_LEN+1];

    sprintf(tTags, "|%s|", pTags);

    if (strPartOf(s->tag, tTags))

        return TRUE;

    else

        return FALSE;

}

 

// 功能:取得目前字符

// 范例:while (strMember(ch(s), DIGIT)) cnext(s);

char ch(Scanner *s) {

    return s->text[s->i];

}

 

// 功能:前进到下一个字符

// 范例:while (strMember(ch(s), DIGIT)) cnext(s);

void cnext(Scanner *s) {

    s->i++;s->pos++;

}

 

#define OP "+-*/%<=>!&|"        // 运算符号字符集 (用来取得 +,-,*,/, ++, ...)

 

// 功能:Scanner 词汇分析阶段的测试程序。

// 范例:ScannerTest("test.c1");

void ScannerNext(Scanner *s) { // 扫描下一个词汇

    while (strMember(ch(s), SPACE)) { // 忽略空白

        if (ch(s)=='\n') {

            s->line++;

            s->pos = 1;

        }

        cnext(s);

    }

    if (s->i >= s->len) { // 如果超过程序结尾

        s->tag = kEND; // 传回 tag = kEND

        s->token[0] = '\0'; // 传回 token = 空字符串

        return;

    }

    char c = ch(s); // 取得下一个字符

    int begin = s->i; // 记住词汇开始点

    if (c == '\"') { // 如果是 " 代表字符串开头

        // 字符串常数 : string = ".."

        cnext(s); // 跳过 "

        while (ch(s) != '\"') cnext(s); // 一直读到下一个 " 符号为止。

        cnext(s); // 跳过 "

    } else if (strMember(c, OP)) { // 如果是OP(+-*/<=>!等符号)

          // 运算符号 : OP = ++, --, <=, >=, ...

        while (strMember(ch(s), OP)) cnext(s); // 一直读到不是OP为止

    } else if (strMember(c, DIGIT)) { // 如果是数字

           // 数字常数 : number = 312, 77568, ...

        while (strMember(ch(s), DIGIT)) cnext(s); // 一直读到不是数字为止

        // 浮点常数 : float = 3.14, ...

        if (ch(s) == '.') cnext(s); // 取得小数点

        while (strMember(ch(s), DIGIT)) cnext(s); // 取得小数部分

    } else if (strMember(c, ALPHA)) { // 如果是英文字母

        // 基本词汇 : token = int, sum, i, for, if, x1y2z, .... 

        while (strMember(ch(s), ALPHA) || strMember(ch(s), DIGIT))

            cnext(s); // 一直读到不是英文字母 (或数字)为止

    } else // 其他符号,都解读为单一字符

        cnext(s); // 传回单一字符

 

    // 字符串扫描完了,设定 token 为(begin…textIdx) 之间的子字符串

    strSubstr(s->token, s->text, begin, (s->i) - begin);

 

    // 设定 token 的标记 tag

    s->tag = tokenToTag(s->token);

}

 

// 功能:Scanner 词汇分析阶段的测试程序。

// 范例:ScannerTest("test.c1");

char *tokenToTag(char *token) { // 判断并取得 token的型态

    if (token[0] == '\"') // 如果以符号 " 开头,则

        return CSTR; // 型态为 STRING

    else if (strMember(token[0], DIGIT)) {// 如果是数字开头,则

        if (strMember('.', token))

            return CFLOAT;

        else

            return CINT;

    } else { // 否则 (像是 +,-,*,/,>,<,….)

        char *tag = NULL;

        // 若是 keyword (包含 关键词 if, for 与 +, ->, {, ++ 等合法符号

        // 则传回查表结果 (字符串指针)。

        int i;

        for (i=0; gTokenList[i] != kEND; i++) {

            if (strEqual(token, gTokenList[i])) // 找到该 token,传回字符串指针。

               return gTokenList[i];

        }

        if (strMember(token[0], ALPHA)) // 如果是英文字母开头

           return ID; // 则型态为 ID

        else

            ERROR();

    }

}

输入范例

int x=1, y=2;

 

struct Date {

    int year, month, day;

}

 

struct Person {

    char *name;

    Date birthday;

}

 

int total(int* a) {

    int s = 0;

    for (int i=0; i<10; i++)

        s = s+a[i];

    return s;

}

 

char* getName(Person *p) {

    return p->name;

}

 

int main() {

    int b[10], a=3;

    int t = total(b);

    Person p;

    p.birthday.year = 1990;

    t = 3 + (5 * a);

    return t;

}

测试程序 ScannerTest() 的执行结果

======================ScannerTest()===================

token=int        tag=int        line=1    pos=4

token=x          tag=ID         line=1    pos=6

token==          tag==          line=1    pos=7

token=1          tag=CINT       line=1    pos=8

token=,          tag=,          line=1    pos=9

token=y          tag=ID         line=1    pos=11

token==          tag==          line=1    pos=12

token=2          tag=CINT       line=1    pos=13

token=;          tag=;          line=1    pos=14

token=struct     tag=struct     line=3    pos=8

token=Date       tag=ID         line=3    pos=13

token={          tag={          line=3    pos=15

token=int        tag=int        line=4    pos=9

token=year       tag=ID         line=4    pos=14

token=,          tag=,          line=4    pos=15

token=month      tag=ID         line=4    pos=21

token=,          tag=,          line=4    pos=22

token=day        tag=ID         line=4    pos=26

token=;          tag=;          line=4    pos=27

token=}          tag=}          line=5    pos=3

token=struct     tag=struct     line=7    pos=8

token=Person     tag=ID         line=7    pos=15

token={          tag={          line=7    pos=17

token=char       tag=char       line=8    pos=7

token=*          tag=*          line=8    pos=9

token=name       tag=ID         line=8    pos=13

token=;          tag=;          line=8    pos=14

token=Date       tag=ID         line=9    pos=7

token=birthday   tag=ID         line=9    pos=16

token=;          tag=;          line=9    pos=17

token=}          tag=}          line=10   pos=3

token=int        tag=int        line=12   pos=5

token=total      tag=ID         line=12   pos=11

token=(          tag=(          line=12   pos=12

token=int        tag=int        line=12   pos=15

token=*          tag=*          line=12   pos=16

token=a          tag=ID         line=12   pos=18

token=)          tag=)          line=12   pos=19

token={          tag={          line=12   pos=21

token=int        tag=int        line=13   pos=6

token=s          tag=ID         line=13   pos=8

token==          tag==          line=13   pos=10

token=0          tag=CINT       line=13   pos=12

token=;          tag=;          line=13   pos=13

token=for        tag=for        line=14   pos=6

token=(          tag=(          line=14   pos=8

token=int        tag=int        line=14   pos=11

token=i          tag=ID         line=14   pos=13

token==          tag==          line=14   pos=14

token=0          tag=CINT       line=14   pos=15

token=;          tag=;          line=14   pos=16

token=i          tag=ID         line=14   pos=18

token=<          tag=<          line=14   pos=19

token=10         tag=CINT       line=14   pos=21

token=;          tag=;          line=14   pos=22

token=i          tag=ID         line=14   pos=24

token=++         tag=++         line=14   pos=26

token=)          tag=)          line=14   pos=27

token=s          tag=ID         line=15   pos=5

token==          tag==          line=15   pos=7

token=s          tag=ID         line=15   pos=9

token=+          tag=+          line=15   pos=10

token=a          tag=ID         line=15   pos=11

token=[          tag=[          line=15   pos=12

token=i          tag=ID         line=15   pos=13

token=]          tag=]          line=15   pos=14

token=;          tag=;          line=15   pos=15

token=return     tag=return     line=16   pos=9

token=s          tag=ID         line=16   pos=11

token=;          tag=;          line=16   pos=12

token=}          tag=}          line=17   pos=3

token=char       tag=char       line=19   pos=6

token=*          tag=*          line=19   pos=7

token=getName    tag=ID         line=19   pos=15

token=(          tag=(          line=19   pos=16

token=Person     tag=ID         line=19   pos=22

token=*          tag=*          line=19   pos=24

token=p          tag=ID         line=19   pos=25

token=)          tag=)          line=19   pos=26

token={          tag={          line=19   pos=28

token=return     tag=return     line=20   pos=9

token=p          tag=ID         line=20   pos=11

token=->         tag=->         line=20   pos=13

token=name       tag=ID         line=20   pos=17

token=;          tag=;          line=20   pos=18

token=}          tag=}          line=21   pos=3

token=int        tag=int        line=23   pos=5

token=main       tag=ID         line=23   pos=10

token=(          tag=(          line=23   pos=11

token=)          tag=)          line=23   pos=12

token={          tag={          line=23   pos=14

token=int        tag=int        line=24   pos=6

token=b          tag=ID         line=24   pos=8

token=[          tag=[          line=24   pos=9

token=10         tag=CINT       line=24   pos=11

token=]          tag=]          line=24   pos=12

token=,          tag=,          line=24   pos=13

token=a          tag=ID         line=24   pos=15

token==          tag==          line=24   pos=16

token=3          tag=CINT       line=24   pos=17

token=;          tag=;          line=24   pos=18

token=int        tag=int        line=25   pos=6

token=t          tag=ID         line=25   pos=8

token==          tag==          line=25   pos=10

token=total      tag=ID         line=25   pos=16

token=(          tag=(          line=25   pos=17

token=b          tag=ID         line=25   pos=18

token=)          tag=)          line=25   pos=19

token=;          tag=;          line=25   pos=20

token=Person     tag=ID         line=26   pos=9

token=p          tag=ID         line=26   pos=11

token=;          tag=;          line=26   pos=12

token=p          tag=ID         line=27   pos=4

token=.          tag=.          line=27   pos=5

token=birthday   tag=ID         line=27   pos=13

token=.          tag=.          line=27   pos=14

token=year       tag=ID         line=27   pos=18

token==          tag==          line=27   pos=20

token=1990       tag=CINT       line=27   pos=25

token=;          tag=;          line=27   pos=26

token=t          tag=ID         line=28   pos=4

token==          tag==          line=28   pos=6

token=3          tag=CINT       line=28   pos=8

token=+          tag=+          line=28   pos=10

token=(          tag=(          line=28   pos=12

token=5          tag=CINT       line=28   pos=13

token=*          tag=*          line=28   pos=15

token=a          tag=ID         line=28   pos=17

token=)          tag=)          line=28   pos=18

token=;          tag=;          line=28   pos=19

token=return     tag=return     line=29   pos=9

token=t          tag=ID         line=29   pos=11

token=;          tag=;          line=29   pos=12

token=}          tag=}          line=30   pos=3

token=           tag=_?END?_    line=32   pos=3

Memory:newCount=438 freeCount=438

程序语言 C1 的语法规则

EBNF 语法

// =============== C1 语言的 EBNF 语法规则  ================================== 
// PROG = (STRUCT | METHOD | DECL ; )*
// METHOD = TYPE ** ID(PARAM_LIST?) BLOCK
// STRUCT = struct ID { DECL_LIST ; }
// BLOCK = { BASE* }
// BASE = IF | FOR | WHILE | BLOCK | STMT ;
// IF = if (EXP) BASE (else BASE)?
// FOR = for (STMT ; EXP ; STMT) BASE
// WHILE = while (EXP) BASE
// STMT = return EXP | DECL | PATH (EXP_LIST) | PATH = EXP | PATH OP1
// VAR = ** ID ([ integer ])* (= EXP)?
// EXP = TERM (OP2 TERM)?
// TERM = ( EXP (OP2 EXP)? ) | CINT | CFLOAT | CSTR | PATH
// PATH = ATOM ((.|->) ATOM)*
// ATOM = ID (([ EXP ])* |( EXP_LIST? ))
// DECL = TYPE VAR_LIST
// PARAM = TYPE VAR
// VAR_LIST = VAR (, VAR)*
// EXP_LIST = EXP (, EXP)*
// DECL_LIST = DECL (; DECL)*
// PARAM_LIST = PARAM (, PARAM)*
// TYPE = (byte | char | int | float | ID) // 最后一个 ID 必须是 TYPE [STRUCT]
// ID = [A-Za-z_][0-9A-Za-z_]*
// CINT = [0-9]+
// CFLOAT = [0-9]+.[0-9]+
// CSTR = ".*"
// OP2 = +|-|/|*|%|&|&&|^|<<|>>|<|>|<=|>=|==|!=|  与 | , ||
// OP1 = ++ | --

C1 语言的剖析器 -- CC1

开放计算机计划 — 最新版本下载

  1. ss1v0.50.zip — 包含虚拟机 VM1, 组译器 AS1, 编译程序 CC1 (剖析器完成,符号表完成,程序代码产生修改中)

档案:Parser.h

// =============== C1 语言的 EBNF 语法规则  ================================== 
// PROG = (STRUCT | METHOD | DECL ; )*
// METHOD = TYPE ** ID(PARAM_LIST?) BLOCK
// STRUCT = struct ID { DECL_LIST ; }
// BLOCK = { BASE* }
// BASE = IF | FOR | WHILE | BLOCK | STMT ;
// IF = if (EXP) BASE (else BASE)?
// FOR = for (STMT ; EXP ; STMT) BASE
// WHILE = while (EXP) BASE
// STMT = return EXP | DECL | PATH (EXP_LIST) | PATH = EXP | PATH OP1
// VAR = ** ID ([ integer ])* (= EXP)?
// EXP = TERM (OP2 TERM)?
// TERM = ( EXP (OP2 EXP)? ) | CINT | CFLOAT | CSTR | PATH
// PATH = ATOM ((.|->) ATOM)*
// ATOM = ID (([ EXP ])* |( EXP_LIST? ))
// DECL = TYPE VAR_LIST
// PARAM = TYPE VAR
// VAR_LIST = VAR (, VAR)*
// EXP_LIST = EXP (, EXP)*
// DECL_LIST = DECL (; DECL)*
// PARAM_LIST = PARAM (, PARAM)*
// TYPE = (byte | char | int | float | ID) // 最后一个 ID 必须是 TYPE [STRUCT]
// ID = [A-Za-z_][0-9A-Za-z_]*
// CINT = [0-9]+
// CFLOAT = [0-9]+.[0-9]+
// CSTR = ".*"
// OP2 = +|-|/|*|%|&|&&|^|<<|>>|<|>|<=|>=|==|!=|  与 | , ||
// OP1 = ++ | --
 
#ifndef PARSER_H
#define PARSER_H
 
#include "Scanner.h"
#include "Tree.h"
#include "Lib.h"
#include "Semantic.h"
 
typedef struct {           // 剖析器的对象结构      
    Array *nodeStack;      // 剖析过程用的节点 node 堆栈 (从树根到目前节点间的所有节点形成的堆栈)。 
    Array *blockStack;     // 符号区块堆栈,变量 id 的区块范围,像是 PROG, STRUCT, METHOD, BLOCK 等。
    Var   decl;            // 在 parseType 时用来记住型态的变量。 
    Scanner *scanner;      // 词汇扫描仪 (Lexical Analysis)
    SymTable *symTable;    // 符号表 
    char  spaces[MAX_LEN]; // 用来暂存空白字符串的变量。 
} Parser;                                                     
 
Tree *parse(char *text, SymTable *symTable);// 剖析器的主程序
Parser *ParserNew(Scanner *scanner, SymTable *symTable); // 剖析器的建构函数
Tree *ParserParse(Parser *p, char *text);   // 剖析器的剖析函数
void ParserFree(Parser *parser);           // 释放内存
 
Tree* parseProg(Parser *p);     // PROG = (STRUCT | METHOD | DECL ; )*
Tree* parseBase(Parser *p);     // BASE = IF | FOR | WHILE | BLOCK | STMT ;
Tree* parseStruct(Parser *p);   // STRUCT = struct ID { DECL_LIST ; }
Tree* parseMethod(Parser *p);   // METHOD = TYPE ** ID(PARAM_LIST?) BLOCK
Tree* parseDecl(Parser *p);     // DECL = TYPE VAR_LIST
Tree* parseIf(Parser *p);       // IF = if (EXP) BASE (else BASE)?
Tree* parseFor(Parser *p);      // FOR = for (STMT ; EXP ; STMT) BASE
Tree* parseWhile(Parser *p);    // WHILE = while (EXP) BASE
Tree* parseStmt(Parser *p);     // STMT = return EXP | DECL | PATH (EXP_LIST) | PATH = EXP | PATH OP1
Tree* parseBlock(Parser *p);    // BLOCK = { BASE* }
Tree* parseVar(Parser *p);      // VAR = ** ID ([ integer ])* (= EXP)?
Tree* parseExp(Parser *p);      // EXP = TERM (OP2 TERM)?
Tree* parseTerm(Parser *p);     // TERM = ( EXP (OP2 EXP)? ) | CINT | CFLOAT | CSTR | PATH
Tree* parsePath(Parser *p);     // PATH = ATOM ((.|->) ATOM)*
Tree* parseAtom(Parser *p);     // ATOM = ID (([ EXP ])* |( EXP_LIST? ))
Tree* parseDecl(Parser *p);     // DECL = TYPE VAR_LIST
Tree* parseParam(Parser *p);    // PARAM = TYPE VAR
Tree* parseVarList(Parser *p);  // VAR_LIST = VAR (, VAR)*
Tree* parseExpList(Parser *p);  // EXP_LIST = EXP (, EXP)*
Tree* parseDeclList(Parser *p); // DECL_LIST = DECL (; DECL)*
Tree* parseParamList(Parser *p);// PARAM_LIST = PARAM (, PARAM)*
Tree* parseType(Parser *p);     // TYPE = (byte | char | int | float | ID)
Tree* parseId(Parser *p);       // ID = [A-Za-z_][0-9A-Za-z_]*
 
BOOL isMethod(Parser *p); // 判断接下来是否为 METHOD 程序区块。 
BOOL isDecl(Parser *p);  // 判断接下来是否为 DECL 宣告语句 
// push() : 功能:建立 tag 标记的非终端节点,并建立语意结构,然后推入堆栈中 
//          范例:Tree *node = push(p, IF, SemIF);
#define push(p, tag, SemType) sem=ObjNew(SemType, 1);Tree *node=push1(p, tag);node->sem=sem; 
Tree *push1(Parser *p, char* tag);  // 建立标记为 tag 的新子树。 
Tree *pop(Parser *p, char* tag);    // 从堆栈中取出剖析完成的子树,并检查标记是否为 tag。 
BOOL isNext(Parser *p, char *tags); // 检查下一个 token 的 tag 是否属于 tags 标记之一。 
Tree *next(Parser *p, char *tags);  // 取得下一个 token,并确认其 tag 为 tags 标记之一。 
char *token(Tree *node);            // 取得树叶节点 node 的 token。 
 
void pushBlock(Parser *p, Symbol *sym); // 将区块符号推入堆栈 
#define popBlock(p) ArrayPop(p->blockStack) // 从堆栈取出区块符号 
#define peekBlock(p) ArrayPeek(p->blockStack) // 取得最上面的区块符号 
 
// Token 的集合,用来检查是关键词,操作数,基本型态,或者只是变量 ID。 
#define SET_KEYWORDS "|if|else|for|while|return|def|int|byte|char|float|struct|"
#define SET_OP1 "|++|--|"
#define SET_OP2 "|+|-|*|/|%|^|&|<<|>>|==|!=|<=|>=|<|>|&&||||"
#define SET_BTYPE "|int|byte|char|float|"
 
#endif

档案:Parser.c

#include "Parser.h"
 
// 功能:Parser 剖析阶段的测试程序。
// 范例:ParserTest("test.c1");
void ParserTest(char *fileName) {
    debug("=======ParserTest()==========\n");
    SymTable *symTable = SymTableNew(); // 建立符号表 
    char *text = fileToStr(fileName);   // 读入 C1 语言程序代码,成为一字符串 
    Tree *tree = parse(text, symTable); // 剖析该程序代码,建立剖析树与符号表。 
    SymTableDebug(symTable);            // 印出符号表。 
    TreeFree(tree);                     // 释放剖析树。 
    strFree(text);                      // 释放程序代码字符串 
    SymTableFree(symTable);             // 释放符号表 
    memCheck();                         // 检查内存
}
 
// 功能:剖析阶段的主程序 
// 范例:Tree *tree = parse(text, symTable); 
Tree *parse(char *text, SymTable *symTable) {  // 剖析器的主要函数
    Scanner *scanner = ScannerNew(text);       // 建立扫描仪 (词汇分析用) 
    Parser *p=ParserNew(scanner, symTable);    // 建立剖析器 (语法剖析用)
    Tree *tree = ParserParse(p, text);         // 剖析程序为语法树 
    ParserFree(p);                             // 释放颇析树 
    ScannerFree(scanner);                      // 释放扫描仪 
    return tree;                               // 传回剖析器
}
 
// 功能:建立新的剖析器 Parser 对象 
// 范例:Parser *p = ParserNew(scanner, symTable);
Parser *ParserNew(Scanner *scanner, SymTable *symTable) {
    Parser *p = ObjNew(Parser, 1); // 分配剖析器空间 
    p->nodeStack = ArrayNew(10); // 分配 nodeStack 堆栈空间 
    p->blockStack = ArrayNew(10); // 分配 blockStack 堆栈空间 
    p->scanner = scanner; // 设定扫瞄器 
    p->symTable = symTable; // 设定符号表 
    ScannerNext(scanner); // 本剖析器总是先取得下一个 token,以便 isNext() 进行判断。
    return p;
}
 
// 功能:释放剖析器对象的内存 
// 范例:ParserFree(p); 
void ParserFree(Parser *p) {
    ArrayFree(p->blockStack, (FuncPtr1) BlockFree);  // 释放 blockStack 堆栈空间 
    ArrayFree(p->nodeStack, NULL); // 释放 nodeStack 堆栈空间 
    ObjFree(p); // 释放剖析器空间
}
 
// 功能:剖析整个程序代码 (text)。 
// 范例:ParserParse(p, text); 
Tree *ParserParse(Parser *p, char *text) { // 剖析对象的主函数
    debug("======= parsing ========\n");
    Tree *tree = parseProg(p); // 开始剖析整个程序 (PROG),并建立语法树 p->tree
    if (p->nodeStack->count != 0) { // 如果剖析完成后堆栈是空的,那就是剖析成功
        ERROR();// 否则就是剖析失败,有语法错误
    }
    return tree;
}
 
// 语法:PROG = (STRUCT | METHOD | DECL ; )* 
// 功能:剖析 PROG 并建立语法树 
// 范例:Tree *prog = parseProg(p); 
Tree *parseProg(Parser *p) { // 剖析 PROG 规则
    SemProg *sem=push(p, PROG, SemProg); // 建立 PROG 的语法树及语意结构
    pushBlock(p, Global);  // 推入全局区块 
    while (!isNext(p, kEND)) {     //  剖析 BASE,直到程序结束或碰到 } 为止
        if (isNext(p, "struct"))
           parseStruct(p);
        else { // 由于 METHOD 与 DECL 的开头都是 TYPE **ID ...,因此必须判断是哪一种情况。
           if (isMethod(p)) { // 向前偷看后发现是 TYPE **ID(,所以是 Method 
                parseMethod(p);
           } else { // 否则就必须是 DECL ; 
                parseDecl(p);
                next(p, ";");
          }
        }
    }
    popBlock(p); // 取出全局区块
    return pop(p, PROG); // 取出 PROG 的整棵语法树 
}
 
// 语法:METHOD = TYPE **ID (PARAM_LIST?) BLOCK
// 功能:判断到底接下来是否为 METHOD,是的话传回 TRUE,否则传回 FALSE 
//       由于 METHOD 与 DECL 的开头都是 TYPE **ID ...,因此必须判断是哪一种情况。
//       本函数会向前偷看,如果发现是 TYPE **ID(,那就应该是 Method。 
// 范例:if (isMethod(p)) parseMethod(p);
BOOL isMethod(Parser *p) {
    BOOL rzFlag = TRUE;
    Scanner *s = p->scanner; // s=扫描仪 
    ScannerStore(s); // 储存扫描仪状态 
    if (isNext(p, "int|byte|char|float|ID")) // 偷看 TYPE
        ScannerNext(s); // 略过 TYPE
    else 
        rzFlag=FALSE;
    while (isNext(p, "*")) ScannerNext(s); // 偷看并略过星号 
    if (isNext(p, ID))  // 偷看 ID
        ScannerNext(s); // 略过 ID 
    else 
        rzFlag=FALSE;
    if (!isNext(p, "(")) rzFlag=FALSE; // 如果接下来是 (,那么就应该是 Method。
    ScannerRestore(s); // 恢复扫描仪状态。 
    return rzFlag;
}
 
// 语法:METHOD = TYPE **ID (PARAM_LIST?) BLOCK
// 功能:剖析 METHOD 并建立语法树
// 范例:Tree *method = parseMethod(p); 
Tree* parseMethod(Parser *p) {
    SemMethod *sem=push(p, METHOD, SemMethod); // 建立 METHOD 的语法树及语意结构
    sem->type=parseType(p); // 剖析 TYPE
 
    // 剖析 ** (n 个星号, n>=0)
    int starCount = 0; // 星号数量的初始值 
    while (isNext(p, "*")) { // 如果下一个是星号 
        next(p, "*"); // 取得该星号 
        starCount ++; // 将星号数加一 
    }
    sem->id = next(p, ID); // 剖析 ID
 
    // 建立 ID 的符号记录 Symbol(id, METHOD) 
    char *id = token(sem->id);    // 取得符号名称。 
    Symbol *sym = SymNew(Global, id, SymMethod); // 建立符号记录 
    Method *method = sym->typePtr; // 设定 method 结构。 
    method->ret.typeSym = p->decl.typeSym; // 设定传回符号 
    method->ret.starCount = p->decl.starCount; // 设定传回符号的星号个数。 
    SymTablePut(p->symTable, sym); // 将符号记录放入符号表中 
 
    pushBlock(p, sym); // 将 Method 符号推入区块堆栈
 
    sem->symMethod = sym; // 设定语意结构 sem 的 symMethod 字段 
 
    // 剖析参数部分 (PARAM_LIST?) 
    next(p, "(");
    if (!isNext(p, ")")) // 如果接下来不是 ),那就是有 PARAM_LIST 
        sem->paramList = parseParamList(p); // 剖析 PARAM_LIST
    next(p, ")");
 
    sem->block = parseBlock(p); // 剖析 BLOCK
 
    popBlock(p);
    return pop(p, METHOD); // 取出 METHOD 的语法树。
}
 
// 语法:STRUCT = struct ID { (DECL ;)* }
// 功能:剖析 STRUCT 并建立语法树
// 范例:Tree *s = parseStruct(p);
Tree* parseStruct(Parser *p) {
    SemStruct *sem=push(p, STRUCT, SemStruct); // 建立 STRUCT 语法树 
 
    next(p, "struct"); // 剖析 struct 
    sem->id = next(p, ID); // 剖析 ID
 
    // 建立 ID 的符号记录 Symbol(id, METHOD) 
    char *id = token(sem->id);    // 取得符号名称。 
    Symbol *sym = SymNew(Global, id, SymStruct); // 建立符号 -- 结构。 
    SymTablePut(p->symTable, sym); // 放入符号表。 
 
    sem->symStruct = sym;  // 设定语意结构 sem 的 symMethod 字段 
 
    pushBlock(p, sym); // 将 Struct 区块推入堆栈
 
    // 剖析 { (DECL ;)* }
    next(p, "{"); 
    while (!isNext(p, "}")) {
        parseDecl(p);
        next(p, ";");
    }
    next(p, "}");
 
    popBlock(p); // 从区块堆栈中取出 Struct 区块 
 
    return pop(p, STRUCT); // 取出 STRUCT 的语法树。
}
 
// 语法:BASE = IF | FOR | WHILE | BLOCK | STMT ;
// 功能:剖析 BASE 并建立 BASE 的语法树 
// 范例:Tree *base = parseBase(p); 
Tree* parseBase(Parser *p) { // 剖析 BASE 规则
    SemBase *sem=push(p, BASE, SemBase); // 建立 BASE 的语法树及语意结构
    if (isNext(p, "if")) // 如果下一个词汇是 if
        parseIf(p); // 剖析 IF 程序段 
    else if (isNext(p, "for")) // 如果下一个词汇是 for
        parseFor(p); // 剖析 FOR 程序段
    else if (isNext(p, "while")) // 如果下一个词汇是 for
        parseWhile(p); // 剖析 WHILE 程序段
    else if (isNext(p, "{")) // 如果下一个词汇是 {
        parseBlock(p); // 剖析 BLOCK 程序段
    else { // 否则应该是 STMT ; 
        parseStmt(p); // 剖析 STMT 程序段
        next(p, ";"); // 取得分号 ;  
    }
    return pop(p, BASE); // 取出 BASE 的剖析树
}
 
// 语法:BLOCK = { BASE* }
// 功能:剖析 BLOCK 并建立语法树 
// 范例:Tree *block = parseBlock(p); 
Tree* parseBlock(Parser *p) {
    SemBlock *sem=push(p, BLOCK, SemBlock); // 建立 BLOCK 的语法树及语意结构 
 
    Symbol *pblock = peekBlock(p); // 取得父区块 
    Symbol *sym = SymNew(pblock, "", SymBlock); // 建立区块符号 
    Block *block = sym->typePtr; // 设定 block 结构。 
    SymTablePut(p->symTable, sym); // 将本区块加入到符号表中 
 
    sem->symBlock = sym; // 设定本节点的语意结构 symBlock 为本区块
 
    pushBlock(p, sym); // 将符号推入区块堆栈
 
    next(p, "{"); // 剖析 { BASE* } 
    while (!isNext(p, "}")) 
        parseBase(p);
    next(p, "}");
 
    popBlock(p);  // 从区块堆栈中取出 Block 区块
 
    return pop(p, BLOCK); // 取出 BLOCK 的语法树。
}
 
// 语法:FOR = for (STMT ; EXP ; STMT) BASE
// 功能:剖析 FOR 并建立语法树
// 范例:Tree *f = parseFor(p); 
Tree* parseFor(Parser *p) {                  
    SemFor *sem=push(p, FOR, SemFor); // 建立 FOR 的语法树及语意结构
    next(p, "for");                   // 取得 for
    next(p, "(");                     // 取得 (
    sem->stmt1 = parseStmt(p);        // 剖析 STMT
    next(p, ";");                     // 取得 ;
    sem->exp = parseExp(p);           // 剖析 EXP
    next(p, ";");                     // 取得 ;
    sem->stmt2 = parseStmt(p);        // 剖析 STMT
    next(p, ")");                     // 取得 )
    parseBase(p);                     // 剖析 BASE
    return pop(p, FOR);               // 取出 FOR 的语法树。
}
 
// 语法:IF = if (EXP) BASE (else BASE)?
// 功能:剖析 IF 并建立语法树
// 范例:Tree *f = parseIf(p);
Tree* parseIf(Parser *p) {
    SemIf *sem=push(p, IF, SemIf);     // 建立 IF 的语法树及语意结构
    next(p, "if");                     // 取得 if
    next(p, "(");                      // 取得 (
    sem->exp = parseExp(p);            // 剖析 EXP 
    next(p, ")");                      // 取得 )
    sem->base1 = parseBase(p);         // 剖析 BASE
    if (isNext(p, "else")) {           // 如果下一个是 else 
        next(p, "else");               // 取得 else
        sem->base2 = parseBase(p);     // 剖析下一个 BASE
    }
    return pop(p, IF);                 // 取出 IF 的语法树。
}
 
// 语法:WHILE = while (EXP) BASE
// 功能:剖析 WHILE 并建立语法树
// 范例:Tree *w = parseWhile(p);
Tree* parseWhile(Parser *p) {
    SemWhile *sem=push(p, WHILE, SemWhile);// 建立 WHILE 的语法树及语意结构
    next(p, "while");                      // 取得 while
    next(p, "(");                          // 取得 (
    sem->exp = parseExp(p);                // 剖析 EXP
    next(p, ")");                          // 取得 )
    sem->base = parseBase(p);              // 剖析 BASE
    return pop(p, WHILE);                  // 取出 WHILE 的语法树。
}
 
// 语法:STMT = return EXP | DECL | PATH (EXP_LIST) | PATH = EXP | PATH OP1
// 功能:剖析 STMT 并建立语法树
// 范例:Tree *stmt = parseStmt(p); 
Tree* parseStmt(Parser *p) {
    SemStmt *sem=push(p, STMT, SemStmt);// 建立 STMT 的语法树及语意结构
    if (isNext(p, "return")) { // 如果下一个是 return,就剖析 return EXP 
        next(p, "return");
        sem->exp = parseExp(p);
    } else if (isDecl(p)) { // 如果是 DECL 
        sem->decl = parseDecl(p); // 剖析 DECL 
    } else { // 否则下一个必须是 PATH 
        sem->path = parsePath(p); // 剖析 PATH 
        if (isNext(p, "(")) { // 下一个是 (,代表是 PATH (EXP_LIST) 的情况 
            next(p, "(");
            sem->expList = parseExpList(p);
            next(p, ")");
        } else if (isNext(p, "=")) { // 下一个是 =,代表是 PATH = EXP 的情况 
            next(p, "=");
            sem->exp = parseExp(p);
        } else if (isNext(p, SET_OP1)) { // 下一个是OP1,代表是 PATH OP1 的情况 
            next(p, SET_OP1);
        } else
            ERROR();
    }
    return pop(p, STMT); // 取出 STMT 的语法树。
}
 
// 语法:PATH = ATOM ((.|->) ATOM)*
// 功能:剖析 PATH 并建立语法树 
// 范例:Tree *path = parsePath(p);
Tree* parsePath(Parser *p) {
    SemPath *sem=push(p, PATH, SemPath);// 建立 PATH 的语法树及语意结构
    parseAtom(p);                       // 剖析 DECL 
    while (isNext(p, ".|->")) {         // 不断取得 (.|->) ATOM
        next(p, ".|->");
        parseAtom(p);
    }
    return pop(p, PATH);                // 取出 PATH 的语法树。
}
 
// 语法:ATOM = ID (([ EXP ])* |( EXP_LIST? ))
// 功能:剖析 ATOM 并建立语法树
// 范例:Tree *atom = parseAtom(p); 
Tree* parseAtom(Parser *p) {
    SemAtom *sem=push(p, ATOM, SemAtom); // 建立 ATOM 的语法树及语意结构
    sem->id = next(p, ID); // 取得 ID
    sem->subTag = ID; // 设定子标签 (ID, CALL 或 ARRAY_MEMBER),让语义分析与程序产生时使用
    if (isNext(p, "(")) { // 如果接下来是 (,则应该是函数呼叫 ID ( EXP_LIST? )
       next(p, "(");
       if (!isNext(p, ")"))
           sem->expList = parseExpList(p);
       next(p, ")");
       sem->subTag = CALL;
    } else if (isNext(p, "[")) { // 如果接下来是 [,则应该是数组宣告 ID ([ EXP ])*
        sem->subTag = ARRAY_MEMBER;
        while (isNext(p, "[")) {
            next(p, "[");
            Tree *exp = parseExp(p);
            next(p, "]");
        }
    }
    return pop(p, ATOM); // 取出 ATOM 的语法树。
}
 
// 语法:PARAM = TYPE VAR
// 功能:剖析 PARAM 并建立语法树
// 范例:Tree *param = parseParam(p); 
Tree* parseParam(Parser *p) {
    SemParam *sem = push(p, PARAM, SemParam);// 建立 PARAM 的语法树及语意结构
    sem->type = parseType(p); // 剖析 TYPE
    sem->var = parseVar(p); // 剖析 VAR
    return pop(p, PARAM); // 取出 PARAM 的语法树。
}
 
// 语法:DECL = TYPE VAR_LIST
// 功能:判断到底接下来是否为 DECL,是的话传回 TRUE,否则传回 FALSE 
//       本函数会向前偷看,如果发现是 (int|byte|char|float|ID)** ID,那就是 DECL
// 范例:if (isDecl(p)) parseDecl(p);
BOOL isDecl(Parser *p) {
    BOOL rzFlag = TRUE;
    Scanner *s = p->scanner;                // s=扫描仪 
    ScannerStore(s);                        // 储存扫描仪状态 
    if (isNext(p, "int|byte|char|float|ID"))// 偷看 TYPE
        ScannerNext(s);                     // 略过 TYPE
    else 
        rzFlag=FALSE;
    while (isNext(p, "*")) ScannerNext(s);  // 偷看并略过星号 
    if (!isNext(p, ID)) rzFlag=FALSE;       // 偷看 ID
    ScannerRestore(s);                      // 恢复扫描仪状态。 
    return rzFlag;
}
 
// 语法:DECL = TYPE VAR_LIST
// 功能:剖析 PROG 并建立语法树 
// 范例:Tree *decl = parseDecl(p);
Tree* parseDecl(Parser *p) {
    SemDecl *sem = push(p, DECL, SemDecl);// 建立 DECL 的语法树及语意结构
    sem->type = parseType(p); // 剖析 TYPE
    sem->varList = parseVarList(p); // 剖析 VAR_LIST
    return pop(p, DECL); // 取出 DECL 的语法树。
}
 
// 语法:TYPE = (int | byte | char | float | ID) // ID is STRUCT_TYPE
// 功能:剖析 TYPE 并建立语法树
// 范例:Tree *type = parseType(p); 
Tree* parseType(Parser *p) {
    SemType *sem=push(p, TYPE, SemType);// 建立 TYPE 的语法树及语意结构
    Tree *type = next(p, "int|byte|char|float|ID");  // 取得 (int | byte | char | float | ID)
    char *typeName = token(type); // 取得型态名称 
       p->decl.typeSym = SymTableGet(p->symTable, Global, typeName); // 从符号表中查出该型态的符号
       ASSERT(p->decl.typeSym != NULL);
    return pop(p, TYPE); // 取出 TYPE 的语法树。
}
 
// 语法:VAR = ** ID ([ CINT ])* (= EXP)?
// 功能:剖析 VAR 并建立语法树
// 范例:Tree *var = parseVar(p); 
Tree* parseVar(Parser *p) {
    SemVar *sem = push(p, VAR, SemVar);    // 建立 VAR 的语法树及语意结构
    int starCount = 0; // 星号数量初始值为 0 
    while (isNext(p, "*")) { // 剖析 ** 
        next(p, "*"); // 取得星号 
        starCount ++; // 计算星号数量 
    }
    sem->id = next(p, ID); // 剖析 ID
 
    // 建立 ID 的符号记录 Symbol(id, SymVar)
    Symbol *pblock = peekBlock(p); // 取得父区块符号 
    char *id = token(sem->id); // 取得变量名称 
    Symbol *sym = SymNew(pblock, id, SymVar); // 建立变量符号 
    Var *var = sym->typePtr; // 取出变量结构 
    var->starCount = starCount; // 设定变量结构中的星号数量 
    var->typeSym = p->decl.typeSym; // 设定变量结构中的符号 
    var->dimCount = 0;  // 设定变量结构中的数组维度 
    SymTablePut(p->symTable, sym); // 将变量加入符号表中 
 
    while (isNext(p, "[")) { // 剖析 ([ CINT ])*
        next(p, "[");
        Tree *cint = next(p, "CINT");
        ASSERT(var->dimCount<DIM_MAX);
        var->dim[var->dimCount++] = atoi(token(cint));
        next(p, "]");
    }
 
    if (pblock->symType == SymStruct) { // 如果父区块是 Struct,那此 VAR 就是字段宣告。 
        Struct *stru = pblock->typePtr;
        ArrayAdd(stru->fields, sym); // 将变量加入 Struct 的字段 fields 中。 
    } else if (pblock->symType == SymMethod) { // 如果父区块是 Method,那此 VAR 就是参数宣告。 
        Method *method = pblock->typePtr;
        ArrayAdd(method->params, sym); // 将变数加入 Method 的参数 params 中。 
    } else if (pblock->symType == SymBlock) { // 如果父区块是 Block,那此 VAR 就是局部变量。
        Block *block = pblock->typePtr;
        ArrayAdd(block->vars, sym);// 将变数加入 Block 的局部变量 vars 中。 
    }
 
    if (isNext(p, "=")) { // 剖析 (= EXP)?
        next(p, "=");
        sem->exp = parseExp(p);
    }
    return pop(p, VAR);  // 取出 VAR 的语法树。
}
 
// 语法:EXP = TERM (OP2 TERM)?
// 功能:剖析 EXP 并建立语法树
// 范例:Tree *exp = parseExp(p); 
Tree* parseExp(Parser *p) {
    SemExp *sem = push(p, EXP, SemExp);// 建立 EXP 的语法树及语意结构
    sem->term1 = parseTerm(p); // 剖析 TERM 
    if (isNext(p, SET_OP2)) { // 如果接下来是 OP2 ,则剖析 (OP2 TERM)?
        sem->op = next(p, SET_OP2);
        sem->term2 = parseTerm(p);
    }
    return pop(p, EXP); // 取出 EXP 的语法树。
}
 
// 语法:TERM = ( EXP (OP2 EXP)? ) | CINT | CFLOAT | CSTR | PATH
// 功能:剖析 TERM 并建立语法树
// 范例:Tree *term = parseTerm(p); 
Tree* parseTerm(Parser *p) {
    SemTerm *sem = push(p, TERM, SemTerm);// 建立 TERM 的语法树及语意结构
    if (isNext(p, "(")) { // 如果下一个是 (,那就是 ( EXP (OP2 EXP)? ) 的情况 
        next(p, "(");
        sem->exp1 = parseExp(p);
        if (!isNext(p, ")")) { // 看看是否有 (OP2 EXP)
            next(p, SET_OP2);
            sem->exp2 = parseExp(p);
        }
        next(p, ")");
    } else if (isNext(p, "CINT|CFLOAT|CSTR")) { // 如果是 CINT, CFLOAT 或 CSTR 
        next(p, "CINT|CFLOAT|CSTR"); // 取得 CINT, CFLOAT 或 CSTR 
    } else
        parsePath(p); // 否则应该是 PATH,剖析之 
    return pop(p, TERM); // 取出 TERM 的语法树。
}
 
// 语法:VAR_LIST = VAR (, VAR)*
// 功能:剖析 VarList 并建立语法树
// 范例:Tree *varList = parseVarList(p); 
Tree* parseVarList(Parser *p) {
    SemVarList *sem = push(p, VAR_LIST, SemVarList);// 建立 VAR_LIST 的语法树及语意结构
    parseVar(p); // 剖析 VAR 
    while (isNext(p, ",")) { // 剖析 (,VAR)* 
        next(p, ",");
        parseVar(p);
    }
    return pop(p, VAR_LIST); // 取出 VAR_LIST 的语法树。
}
 
// 语法:EXP_LIST = EXP (, EXP)*
// 功能:剖析 EXP_LIST 并建立语法树
// 范例:Tree *expList = parseExpList(p); 
Tree* parseExpList(Parser *p) {
    SemExpList *sem = push(p, EXP_LIST, SemExpList);// 建立 EXP_LIST 的语法树及语意结构
    parseExp(p); // 剖析 EXP
    while (isNext(p, ",")) { // 剖析 (, EXP)*
        next(p, ",");
        parseExp(p);
    }
    return pop(p, EXP_LIST); // 取出 EXP_LIST 的语法树。
}
 
// 语法:DECL_LIST = DECL (; DECL)*
// 功能:剖析 DECL_LIST 并建立语法树
// 范例:Tree *declList = parseDeclList(p); 
Tree* parseDeclList(Parser *p) {
    SemDeclList *sem=push(p, DECL_LIST, SemDeclList);// 建立 DECL_LIST 的语法树及语意结构
    parseDecl(p); // 剖析 DECL
    while (isNext(p, ";")) { // 剖析 (; DECL)*
        next(p, ";");
           parseDecl(p);
    }
    return pop(p, DECL_LIST); // 取出 DECL_LIST 的语法树。
}
 
// 语法:PARAM_LIST = PARAM (, PARAM)*
// 功能:剖析 PARAM_LIST 并建立语法树
// 范例:Tree *paramList = parseParamList(p); 
Tree* parseParamList(Parser *p) {
    SemParamList *sem=push(p, PARAM_LIST, SemParamList);// 建立 PARAM_LIST 的语法树及语意结构
    parseParam(p); // 剖析 PARAM
    while (isNext(p, ";")) { // 剖析 (, PARAM)*
        next(p, ";");
           parseParam(p);
    }
    return pop(p, PARAM_LIST); // 取出 PARAM_LIST 的语法树。
}
 
// ========================== 基本函数 ====================================
// 功能:取得 p->nodeStack->count 个空白, 以便印出剖析树时能有阶层式的排版。 
// 范例:debug("%s KEY:%s\n", level(p), s->tag);
char* level(Parser *p) {
    return strFill(p->spaces, ' ', p->nodeStack->count);
}
 
// 功能:判断下一个 token 的标记是否为 tags 其中之一
// 范例:if (isNext(p, "struct")) parseStruct(p);
BOOL isNext(Parser *p, char *tags) { // 检查下一个词汇的型态
    Scanner *s = p->scanner;
    char tTags[MAX_LEN+1];
    sprintf(tTags, "|%s|", tags);
    if (strPartOf(s->tag, tTags))
        return TRUE;
    else
        return FALSE;
}
 
// 功能:取得下一个 token (标记必须为 tag 其中之一),然后挂到剖析树上 
// 范例:Tree *node = next(p, "CINT|CFLOAT|CSTR");
Tree *next(Parser *p, char *tags) { // 检查下一个词汇的型态
    Scanner *s = p->scanner;
    if (isNext(p, tags)) { // 如果是pTypes型态之一
        Tree *child = TreeNew(s->tag);
        child->sem = strNew(s->token);  // 建立词汇节点(token,type)
        Tree *parentTree = ArrayPeek(p->nodeStack); // 取得父节点,
        TreeAddChild(parentTree, child); // 加入父节点成为子树
        if (strEqual(s->tag, s->token))
           debug("%s KEY:%s\n", level(p), s->tag);
        else
           debug("%s %s:%s\n", level(p), s->tag, s->token);
        ScannerNext(s);
        return child; // 传回该词汇
    } else { // 否则(下一个节点型态错误)
        debug("next():token=%s, tag=%s is not in tag(%s)\n", s->token, s->tag, tags); // 印出错误讯息
        ERROR();
        return NULL;
    }
}
 
// 功能:建立 tag 标记的非终端节点,并且推入堆栈中 
// 范例:Tree *node = push1(p, IF);
Tree* push1(Parser *p, char* tag) { // 建立 pType 型态的子树,推入堆栈中
    debug("%s+%s\n", level(p), tag);
    Tree *node = TreeNew(tag);
    ArrayPush(p->nodeStack, node);
    return node;
}
 
// 功能:取出 tag 标记的非终端节点,然后挂到剖析树上 
// 范例:Tree *node = pop(p, IF);
Tree* pop(Parser *p, char* tag) { // 取出 pTag 标记的子树
    Tree *tree = ArrayPop(p->nodeStack); // 取得堆栈最上层的子树
    debug("%s-%s\n", level(p), tree->tag); // 印出以便观察
    if (strcmp(tree->tag, tag)!=0) {  // 如果型态不符合
        debug("pop(%s):should be %s\n",tree->tag, tag); //  印出错误讯息
        ERROR();
    }
    if (p->nodeStack->count > 0) { // 如果堆栈不是空的
      Tree *parentTree = ArrayPeek(p->nodeStack); //  取出上一层剖析树
      TreeAddChild(parentTree, tree);  //  将建构完成的剖析树挂到树上,成为子树
    }
    return tree;
}
 
// 功能:取得树叶节点中的词汇 (token) 
// 范例:char *token = token(node);
char *token(Tree *node) {
    return (char*) node->sem;
}
 
// 功能:将区块符号 sym 推入区块堆栈中 
// 范例:pushBlock(p, sym);
void pushBlock(Parser *p, Symbol *sym) {
    ArrayPush(p->blockStack, sym);
}

测试输入程序:被剖析者 — test.c1

int x=1, y=2;
 
struct Date {
    int year, month, day;
}
 
struct Person {
    char *name;
    Date birthday;
}
 
int total(int* a) {
    int s = 0;
    for (int i=0; i<10; i++)
        s = s+a[i];
    return s;
}
 
char* getName(Person *p) {
    return p->name;
}
 
int main() {
    int b[10], a=3;
    int t = total(b);
    Person p;
    p.birthday.year = 1990;
    t = 3 + (5 * a);
    return t;
}

剖析器的输出结果

======= parsing ========
+PROG
 +DECL
  +TYPE
    KEY:int
  -TYPE
  +VAR_LIST
   +VAR
     ID:x
V    x        0    003E2558 0040A340 int:*0:[0]      
     KEY:=
    +EXP
     +TERM
       CINT:1
     -TERM
    -EXP
   -VAR
    KEY:,
   +VAR
     ID:y
V    y        0    003E6590 0040A340 int:*0:[0]      
     KEY:=
    +EXP
     +TERM
       CINT:2
     -TERM
    -EXP
   -VAR
  -VAR_LIST
 -DECL
  KEY:;
 +STRUCT
   KEY:struct
   ID:Date
S    Date     0    003E6830 0040A340 
   KEY:{
  +DECL
   +TYPE
     KEY:int
   -TYPE
   +VAR_LIST
    +VAR
      ID:year
V    year     0    003E6A80 003E6830 int:*0:[0]      
    -VAR
     KEY:,
    +VAR
      ID:month
V    month    0    003E6BD8 003E6830 int:*0:[0]      
    -VAR
     KEY:,
    +VAR
      ID:day
V    day      0    003E6D18 003E6830 int:*0:[0]      
    -VAR
   -VAR_LIST
  -DECL
   KEY:;
   KEY:}
 -STRUCT
 +STRUCT
   KEY:struct
   ID:Person
S    Person   0    003E6EB8 0040A340 
   KEY:{
  +DECL
   +TYPE
     KEY:char
   -TYPE
   +VAR_LIST
    +VAR
      KEY:*
      ID:name
V    name     0    003E7148 003E6EB8 char:*1:[0]     
    -VAR
   -VAR_LIST
  -DECL
   KEY:;
  +DECL
   +TYPE
     ID:Date
   -TYPE
   +VAR_LIST
    +VAR
      ID:birthday
V    birthday 0    003E7398 003E6EB8 Date:*0:[0]     
    -VAR
   -VAR_LIST
  -DECL
   KEY:;
   KEY:}
 -STRUCT
 +METHOD
  +TYPE
    KEY:int
  -TYPE
   ID:total
M    total    0    003E75F8 0040A340 
   KEY:(
  +PARAM_LIST
   +PARAM
    +TYPE
      KEY:int
    -TYPE
    +VAR
      KEY:*
      ID:a
V    a        0    003E78A8 003E75F8 int:*1:[0]      
    -VAR
   -PARAM
  -PARAM_LIST
   KEY:)
  +BLOCK
B             0    003E79B0 003E75F8 
    KEY:{
   +BASE
    +STMT
     +DECL
      +TYPE
        KEY:int
      -TYPE
      +VAR_LIST
       +VAR
         ID:s
V    s        0    003E7C60 003E79B0 int:*0:[0]      
         KEY:=
        +EXP
         +TERM
           CINT:0
         -TERM
        -EXP
       -VAR
      -VAR_LIST
     -DECL
    -STMT
     KEY:;
   -BASE
   +BASE
    +FOR
      KEY:for
      KEY:(
     +STMT
      +DECL
       +TYPE
         KEY:int
       -TYPE
       +VAR_LIST
        +VAR
          ID:i
V    i        0    003E8128 003E79B0 int:*0:[0]      
          KEY:=
         +EXP
          +TERM
            CINT:0
          -TERM
         -EXP
        -VAR
       -VAR_LIST
      -DECL
     -STMT
      KEY:;
     +EXP
      +TERM
       +PATH
        +ATOM
          ID:i
        -ATOM
       -PATH
      -TERM
       KEY:<
      +TERM
        CINT:10
      -TERM
     -EXP
      KEY:;
     +STMT
      +PATH
       +ATOM
         ID:i
       -ATOM
      -PATH
       KEY:++
     -STMT
      KEY:)
     +BASE
      +STMT
       +PATH
        +ATOM
          ID:s
        -ATOM
       -PATH
        KEY:=
       +EXP
        +TERM
         +PATH
          +ATOM
            ID:s
          -ATOM
         -PATH
        -TERM
         KEY:+
        +TERM
         +PATH
          +ATOM
            ID:a
            KEY:[
           +EXP
            +TERM
             +PATH
              +ATOM
                ID:i
              -ATOM
             -PATH
            -TERM
           -EXP
            KEY:]
          -ATOM
         -PATH
        -TERM
       -EXP
      -STMT
       KEY:;
     -BASE
    -FOR
   -BASE
   +BASE
    +STMT
      KEY:return
     +EXP
      +TERM
       +PATH
        +ATOM
          ID:s
        -ATOM
       -PATH
      -TERM
     -EXP
    -STMT
     KEY:;
   -BASE
    KEY:}
  -BLOCK
 -METHOD
 +METHOD
  +TYPE
    KEY:char
  -TYPE
   KEY:*
   ID:getName
M    getName  0    003E9270 0040A340 
   KEY:(
  +PARAM_LIST
   +PARAM
    +TYPE
      ID:Person
    -TYPE
    +VAR
      KEY:*
      ID:p
V    p        0    003E9518 003E9270 Person:*1:[0]   
    -VAR
   -PARAM
  -PARAM_LIST
   KEY:)
  +BLOCK
B             0    003E9608 003E9270 
    KEY:{
   +BASE
    +STMT
      KEY:return
     +EXP
      +TERM
       +PATH
        +ATOM
          ID:p
        -ATOM
         KEY:->
        +ATOM
          ID:name
        -ATOM
       -PATH
      -TERM
     -EXP
    -STMT
     KEY:;
   -BASE
    KEY:}
  -BLOCK
 -METHOD
 +METHOD
  +TYPE
    KEY:int
  -TYPE
   ID:main
M    main     0    003E9B70 0040A340 
   KEY:(
   KEY:)
  +BLOCK
B             0    003E9CD8 003E9B70 
    KEY:{
   +BASE
    +STMT
     +DECL
      +TYPE
        KEY:int
      -TYPE
      +VAR_LIST
       +VAR
         ID:b
V    b        0    003E9F88 003E9CD8 int:*0:[0]      
         KEY:[
         CINT:10
         KEY:]
       -VAR
        KEY:,
       +VAR
         ID:a
V    a        0    003EA170 003E9CD8 int:*0:[0]      
         KEY:=
        +EXP
         +TERM
           CINT:3
         -TERM
        -EXP
       -VAR
      -VAR_LIST
     -DECL
    -STMT
     KEY:;
   -BASE
   +BASE
    +STMT
     +DECL
      +TYPE
        KEY:int
      -TYPE
      +VAR_LIST
       +VAR
         ID:t
V    t        0    003EA560 003E9CD8 int:*0:[0]      
         KEY:=
        +EXP
         +TERM
          +PATH
           +ATOM
             ID:total
             KEY:(
            +EXP_LIST
             +EXP
              +TERM
               +PATH
                +ATOM
                  ID:b
                -ATOM
               -PATH
              -TERM
             -EXP
            -EXP_LIST
             KEY:)
           -ATOM
          -PATH
         -TERM
        -EXP
       -VAR
      -VAR_LIST
     -DECL
    -STMT
     KEY:;
   -BASE
   +BASE
    +STMT
     +DECL
      +TYPE
        ID:Person
      -TYPE
      +VAR_LIST
       +VAR
         ID:p
V    p        0    003EAC48 003E9CD8 Person:*0:[0]   
       -VAR
      -VAR_LIST
     -DECL
    -STMT
     KEY:;
   -BASE
   +BASE
    +STMT
     +PATH
      +ATOM
        ID:p
      -ATOM
       KEY:.
      +ATOM
        ID:birthday
      -ATOM
       KEY:.
      +ATOM
        ID:year
      -ATOM
     -PATH
      KEY:=
     +EXP
      +TERM
        CINT:1990
      -TERM
     -EXP
    -STMT
     KEY:;
   -BASE
   +BASE
    +STMT
     +PATH
      +ATOM
        ID:t
      -ATOM
     -PATH
      KEY:=
     +EXP
      +TERM
        CINT:3
      -TERM
       KEY:+
      +TERM
        KEY:(
       +EXP
        +TERM
          CINT:5
        -TERM
         KEY:*
        +TERM
         +PATH
          +ATOM
            ID:a
          -ATOM
         -PATH
        -TERM
       -EXP
        KEY:)
      -TERM
     -EXP
    -STMT
     KEY:;
   -BASE
   +BASE
    +STMT
      KEY:return
     +EXP
      +TERM
       +PATH
        +ATOM
          ID:t
        -ATOM
       -PATH
      -TERM
     -EXP
    -STMT
     KEY:;
   -BASE
    KEY:}
  -BLOCK
 -METHOD
-PROG
type name     size this     scope    varType
V    i        0    003E8128 003E79B0 int:*0:[0]      
M    main     0    003E9B70 0040A340 
V    month    0    003E6BD8 003E6830 int:*0:[0]      
V    name     0    003E7148 003E6EB8 char:*1:[0]     
M    total    0    003E75F8 0040A340 
V    x        0    003E2558 0040A340 int:*0:[0]      
V    s        0    003E7C60 003E79B0 int:*0:[0]      
V    y        0    003E6590 0040A340 int:*0:[0]      
B             0    003E9CD8 003E9B70 
V    a        0    003EA170 003E9CD8 int:*0:[0]      
V    b        0    003E9F88 003E9CD8 int:*0:[1]      
S    Person   0    003E6EB8 0040A340 
T    int      4    003E5EB0 0040A340 
V    a        0    003E78A8 003E75F8 int:*1:[0]      
V    p        0    003EAC48 003E9CD8 Person:*0:[0]   
T    char     1    003E57E0 0040A340 
V    t        0    003EA560 003E9CD8 int:*0:[0]      
T    float    4    003E5778 0040A340 
B             0    003E79B0 003E75F8 
V    day      0    003E6D18 003E6830 int:*0:[0]      
M    getName  0    003E9270 0040A340 
V    birthday 0    003E7398 003E6EB8 Date:*0:[0]     
V    p        0    003E9518 003E9270 Person:*1:[0]   
V    year     0    003E6A80 003E6830 int:*0:[0]      
S    Date     0    003E6830 0040A340 
B             0    003E9608 003E9270 
Memory:newCount=2090 freeCount=2090

C1 程序语言

范例一

int x=1, y=2;
 
struct Date {
    int year, month, day;
}
 
struct Person {
    char *name;
    Date birthday;
}
 
int total(int* a) {
    int s = 0;
    for (int i=0; i<10; i++)
        s = s+a[i];
    return s;
}
 
char* getName(Person *p) {
    return p->name;
}
 
int main() {
    int b[10], a=3;
    int t = total(b);
    Person p;
    p.birthday.year = 1990;
    t = 3 + (5 * a);
    return t;
}

 

 

参考链接:

http://ccckmit.wikidot.com/ocs:compiler

 

标签:架构,pos,CPU0,token,tag,处理器,EXP,line,ID
来源: https://www.cnblogs.com/wujianming-110117/p/15361264.html