“编译原理”课程实验项目介绍

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1、“编译原理”课程实验项目介绍摘要:在“编译原理”课程的教学中,实验项目是I-分关键的部分。Decaf/Mind项0是近几年清华人学计算机系本科生“编译原理,'课程的主体实验项0，在该项目中，学生在实验框架基础上，针对一个简单面向对象语言的实现开展4〜5个阶段的编程实验，对理解和巩固理论知识以及提高软件系统的开发能力有较大帮助。本文就Decaf/Mind项目的背景、内容以及实施情况进行简要介绍。关键词编译原理;课程实验;Decaf/Mind项目1Decaf/Mind项H的背景2001年，我们引进了Stanford课程CS143(Compilers,http://www.stanf

2、ord.edu/class/csl43/,CS143,StanfordUniversity)的课程实验框架(其原始框架由JulieZelenski设计)。该实验框架设计实现一种简单面向对象语言Decaf的编译器，因此我们称Z为Decaf项目。Decaf是一种强类型的、单继承的简单面向对象语言，是一种较为流行的教学语言,曾经在Stanford>MIT、UniversityofTennessee>Brown>TexasA&M、SouthernAdventist等多所大学的相关课程屮使用。在1998级木科生的“编译原理"课程(2001年秋季学期)中，我们首次采用了Decaf项冃,并根

3、据需要对实验框架进行了一定的调整，包括适应Windows平台、增加口标代码在X86的执行以及对源语言进行适当的改动等。比如在2002级,我们对该项目进行一定的简化之后，称之为TOOL项目。从2003级的课程之后，我们对原始的Decaf项目实验框架进行了3次实质性改动。在2003〜2004级的Decaf项目屮,我们将原先实验框架的开发语言由C++改为Java。在计50班(2005级“姚"班)的,，编译原理”课程中，我们参考了U.C.Berkeley课程CS164(ProgrammingLanguagesandCompilers,http://insf.eecs.berkeley.

4、edu/〜csl64/archives.html,CS143,UniversityofCaliforniaatBerkeley)的COOL课程项目以及Cornell大学课程CS412(IntroductiontoCompilers,http://www.cs.cornell.edu/courses/cs412/2003sp/CS412/413,CornellUniversity)中所采用的Iota项目，将实验框架由原來的单遍组织改为多遍组织，我们称之为Mind(Mindisnotdecaf)项口,并称源语言为Mind语言。由于计50班的编译课程安排在Java程序设计课程Z前，所

5、以首次Mind项目的开发语言为C卄。随后，在2005级其他班的课程中，我们又将开发语言由C++改凹Java。从2006级开始，实验框架没有发生大的变动，只是对其进行微调或进行适当简化。下面是对2006〜2007级教学情况的介绍。2课程实验项口的内容Decaf/Mind项目的实验框架是设计实现Decaf/Mind语言的编译器，该编译器的工作原理如图1所示。Decaf/Mind程序朴段一字苻串单词序列词法分析语法分析抽学语法树2二林載■中间代码优化(1)划分基本块；(2)数据流分析；、语义分析(1)构建符号表；(2)非上下文无关语法检查；(3)类型检查带标注的抽三地叱.址码中间代码

6、生成三地生成汇编代码(1)寄存器分配;MIPS汇编代码SPIM图1Decaf/Mind编译器工作原理我们将实验分成如下5个阶段:阶段1:词法和语法分析。借助Lex和Yacc实现词法和语法分析，一遍扫描后直接产生一种高级中间表示（实验指定的抽象语法树AST）O使用的Lex和Yacc版本分别为Flex（Jflex,http://jflex.de/）和BYACC/J（BYACC/J,http://byaccj.sourceforge.net/）o原始的Decaf项目采用Yacc实现主要编译阶段,实验的3个阶段（词法、语法分析阶段，语义分析阶段,生成三地址屮间代码阶段）是-•个单遍的过

7、程（注:从三地址码到MIPS汇编代码的翻译由实验框架给定，没冇安排阶段实验）。对于这个单遍的实验框架，前几届学生感觉调试的难度较大，有一些语言特征难以实现，但它可以和理论课学习屮语法制导翻译的部分相呼应。修改框架后,依赖于Yacc工具的部分大大简化，生成抽象语法树AST形式后，符号表的建立和静态语义的检查工作只需使用树遍历算法就可实现,这符合现实屮编译系统的实际情况。这种框架不能与语法制导翻译的理论直接呼应，但可用于间接指导。阶段2:语义分析。遍丿刃抽象语法树构造符号表、实现静态语义检查（非