编译原理实验2
Bison

计科210X 甘晴void 202108010XXX

实验要求

详细的实验项目文档为 https://gitee.com/coderwym/cminus_compiler-2023-fall/tree/master/Documentations/lab2

实验步骤

本次实验需要在 Lab1 已完成的 flex 词法分析器的基础上，进一步使用 bison 完成语法分析器。

1.了解 bison 基础知识和理解 Cminus-f 语法（重在了解如何将文法产生式转换为 bison 语句）
2.阅读 /src/common/SyntaxTree.c，对应头文件 /include/SyntaxTree.h（重在理解分析树如何生成）
3.了解 bison 与 flex 之间是如何协同工作，看懂pass_node函数并改写 Lab1 代码（提示：了解 yylval 是如何工作，在代码层面上如何将值传给$1、$2等）
4.补全 src/parser/syntax_analyzer.y 文件和 lexical_analyzer.l 文件
Tips：在未编译的代码文件中是无法看到关于协同工作部分的代码，建议先编译 1.3 给出的计算器样例代码，再阅读 /build/src/parser/ 中的 syntax_analyzer.h 与 syntax_analyzer.c 文件

思考题
本部分不算做实验分，出题的本意在于想要帮助同学们加深对实验细节的理解，欢迎有兴趣和余力的同学在报告中写下你的思考答案，或者在issue中分享出你的看法。

1.在1.3样例代码中存在左递归文法，为什么 bison 可以处理？（提示：不用研究bison内部运作机制，在下面知识介绍中有提到 bison 的一种属性，请结合课内知识思考）
2.请在代码层面上简述下 yylval 是怎么完成协同工作的。（提示：无需研究原理，只分析维护了什么数据结构，该数据结构是怎么和$1、$2等联系起来？）
3.请尝试使用1.3样例代码运行除法运算除数为0的例子（测试case中有）看下是否可以通过，如果不，为什么我们在case中把该例子认为是合法的？（请从语法与语义上简单思考）
4.能否尝试修改下1.3计算器文法，使得它支持除数0规避功能。

实验基础知识

1.Cminus-f语法

①Cminus-f 的所有规则分为五类

1. 字面量、关键字、运算符与标识符
   • id
   • type-specifier
   • relop
   • addop
   • mulop
2. 声明
   • declaration-list
   • declaration
   • var-declaration
   • fun-declaration
   • local-declarations
3. 语句
   • compound-stmt
   • statement-list
   • statement
   • expression-stmt
   • iteration-stmt
   • selection-stmt
   • return-stmt
4. 表达式
   • expression
   • var
   • additive-expression
   • term
   • factor
   • integer
   • float
   • call
5. 其他
   • params
   • param-list
   • param
   • args
   • arg-list

起始符号是 program。

②Cminus-f语法

$\text{program} \rightarrow \text{declaration-list}$
$\text{declaration-list} \rightarrow \text{declaration-list}\ \text{declaration}\ |\ \text{declaration}$
$\text{declaration} \rightarrow \text{var-declaration}\ |\ \text{fun-declaration}$
$\text{var-declaration}\ \rightarrow \text{type-specifier}\ \textbf{ID}\ \textbf{;}\ |\ \text{type-specifier}\ \textbf{ID}\ \textbf{[}\ \textbf{INTEGER}\ \textbf{]}\ \textbf{;}$
$\text{type-specifier} \rightarrow \textbf{int}\ |\ \textbf{float}\ |\ \textbf{void}$
$\text{fun-declaration} \rightarrow \text{type-specifier}\ \textbf{ID}\ \textbf{(}\ \text{params}\ \textbf{)}\ \text{compound-stmt}$
$\text{params} \rightarrow \text{param-list}\ |\ \textbf{void}$
$\text{param-list} \rightarrow \text{param-list}\ ,\ \text{param}\ |\ \text{param}$
$\text{param} \rightarrow \text{type-specifier}\ \textbf{ID}\ |\ \text{type-specifier}\ \textbf{ID}\ \textbf{[]}$
$\text{compound-stmt} \rightarrow \textbf{\{}\ \text{local-declarations}\ \text{statement-list} \textbf{\}}$
$\text{local-declarations} \rightarrow \text{local-declarations var-declaration}\ |\ \text{empty}$
$\text{statement-list} \rightarrow \text{statement-list}\ \text{statement}\ |\ \text{empty}$
$\begin{aligned}\text{statement} \rightarrow\ &\text{expression-stmt}\\ &|\ \text{compound-stmt}\\ &|\ \text{selection-stmt}\\ &|\ \text{iteration-stmt}\\ &|\ \text{return-stmt}\end{aligned}$
$\text{expression-stmt} \rightarrow \text{expression}\ \textbf{;}\ |\ \textbf{;}$
$\begin{aligned}\text{selection-stmt} \rightarrow\ &\textbf{if}\ \textbf{(}\ \text{expression}\ \textbf{)}\ \text{statement}\\ &|\ \textbf{if}\ \textbf{(}\ \text{expression}\ \textbf{)}\ \text{statement}\ \textbf{else}\ \text{statement}\end{aligned}$
$\text{iteration-stmt} \rightarrow \textbf{while}\ \textbf{(}\ \text{expression}\ \textbf{)}\ \text{statement}$
$\text{return-stmt} \rightarrow \textbf{return}\ \textbf{;}\ |\ \textbf{return}\ \text{expression}\ \textbf{;}$
$\text{expression} \rightarrow \text{var}\ \textbf{=}\ \text{expression}\ |\ \text{simple-expression}$
$\text{var} \rightarrow \textbf{ID}\ |\ \textbf{ID}\ \textbf{[}\ \text{expression} \textbf{]}$
$\text{simple-expression} \rightarrow \text{additive-expression}\ \text{relop}\ \text{additive-expression}\ |\ \text{additive-expression}$
$\text{relop}\ \rightarrow \textbf{<=}\ |\ \textbf{<}\ |\ \textbf{>}\ |\ \textbf{>=}\ |\ \textbf{==}\ |\ \textbf{!=}$
$\text{additive-expression} \rightarrow \text{additive-expression}\ \text{addop}\ \text{term}\ |\ \text{term}$
$\text{addop} \rightarrow \textbf{+}\ |\ \textbf{-}$
$\text{term} \rightarrow \text{term}\ \text{mulop}\ \text{factor}\ |\ \text{factor}$
$\text{mulop} \rightarrow \textbf{*}\ |\ \textbf{/}$
$\text{factor} \rightarrow \textbf{(}\ \text{expression}\ \textbf{)}\ |\ \text{var}\ |\ \text{call}\ |\ \text{integer}\ |\ \text{float}$
$\text{integer} \rightarrow \textbf{INTEGER}$
$\text{float} \rightarrow \textbf{FLOATPOINT}$
$\text{call} \rightarrow \textbf{ID}\ \textbf{(}\ \text{args} \textbf{)}$
$\text{args} \rightarrow \text{arg-list}\ |\ \text{empty}$
$\text{arg-list} \rightarrow \text{arg-list}\ \textbf{,}\ \text{expression}\ |\ \text{expression}$

2.Bison基础知识

Bison 是一款解析器生成器（parser generator），它的作用是将 LALR 文法转换成可编译的 C 代码。

实验文档给出了如下的示例代码，简要示范了Bison是怎么工作的。

%{
#include <stdio.h>
/* 这里是序曲 */
/* 这部分代码会被原样拷贝到生成的 .c 文件的开头 */
int yylex(void);
void yyerror(const char *s);
%}

/* 这些地方可以输入一些 bison 指令 */
/* 比如用 %start 指令指定起始符号，用 %token 定义一个 token */
%start reimu
%token REIMU

%%
/* 从这里开始，下面是解析规则 */
reimu : marisa { /* 这里写与该规则对应的处理代码 */ puts("rule1"); }
      | REIMU  { /* 这里写与该规则对应的处理代码 */ puts("rule2"); }
      ; /* 规则最后不要忘了用分号结束哦～ */
      
/* 这种写法表示 ε —— 空输入 */
marisa : { puts("Hello!"); }

%%
/* 这里是尾声 */
/* 这部分代码会被原样拷贝到生成的 .c 文件的末尾 */

int yylex(void)
{
	// 获取下一个待分析token
    }
}

void yyerror(const char *s)
{
    // 报错处理机制
}

//main函数不一定在.y中，可以通过链接实现
int main(void)
{
    yyparse(); // 启动解析
    return 0;
}

总结可知，Bison与Lex文件的编写规则类似，由%%区分的三部分构成，开头和结尾会被直接加入.c文件。

3.了解树的生成过程

阅读 /src/common/SyntaxTree.c，对应头文件 /include/SyntaxTree.h

首先看SyntaxTree.h，这是关于语法分析树以及相关操作的定义

#ifndef __SYNTAXTREE_H__
#define __SYNTAXTREE_H__

#include <stdio.h>

#define SYNTAX_TREE_NODE_NAME_MAX 30

// 这是语法分析树的节点
struct _syntax_tree_node {
	struct _syntax_tree_node * parent;
	struct _syntax_tree_node * children[10];
	int children_num;

	char name[SYNTAX_TREE_NODE_NAME_MAX];
};
typedef struct _syntax_tree_node syntax_tree_node;

// 下面是对于语法分析树进行操作的函数的定义
// 例如删除节点，增加节点，删除树，打印树
syntax_tree_node * new_anon_syntax_tree_node();
syntax_tree_node * new_syntax_tree_node(const char * name);
int syntax_tree_add_child(syntax_tree_node * parent, syntax_tree_node * child);
void del_syntax_tree_node(syntax_tree_node * node, int recursive);

struct _syntax_tree {
	syntax_tree_node * root;
};
typedef struct _syntax_tree syntax_tree;

syntax_tree* new_syntax_tree();
void del_syntax_tree(syntax_tree * tree);
void print_syntax_tree(FILE * fout, syntax_tree * tree);

#endif /* SyntaxTree.h */

而SyntaxTree.c中是对应的具体实现，就不看了。

每个终结符都对应着一个叶子节点，这个叶子节点在词法分析时就可以产生。在自底向上的分析过程中，首先产生的是叶子节点，在用产生式进行规约时向上构建语法分析树。叶子节点的产生在词法分析器中的pass_node()函数中实现，创建一个新的节点，并将其指针赋值给yylval，节点名为其成分(非终结符名或终结符名)，这样语法分析器就可以使用该节点构造语法分析树。

4.Bison和Flex的协同工作

在语法分析过程中，语法分析树的叶子节点是一个具体的语义值，该值的类型是YYSTYPE，在Bison中用%union指明。不同的节点对应着不同的终结符，可能为不同的类型，因此union中可以包含不同的数据类型。可以指明一个终结符或是非终结符的类型，以便后续的使用。可以使用%type <>或%token <>指明类型。其中%token是在声明词法单元名的同时指明类型，声明的token会由Bison导出到最终的.h文件中，让词法分析器也可以直接使用。

参考文档给出了一个计算器样例的实现代码，并对新出现的构造进行解释。

①YYSTYPE

在 bison 解析过程中，每个 symbol 最终都对应到一个语义值上。或者说，在 parse tree 上，每个节点都对应一个语义值，这个值的类型是 YYSTYPE。YYSTYPE 的具体内容是由 %union 构造指出的。例如：

%union {
  char   op;
  double num;
}

会生成这样的代码

typedef union YYSTYPE {
  char op;
  double num;
} YYSTYPE;

使用union是为了让不同的类型读取同一片存储空间。因为不同节点可能需要不同类型的语义值。比如，上面的例子中，我们希望 ADDOP 的值是 char 类型，而 NUMBER 应该是 double 类型的。

②规约

term : term ADDOP factor
     {
        switch $2 {
        case '+': $$ = $1 + $3; break;
        case '-': $$ = $1 - $3; break;
        }
     }

前节点使用 $$ 代表，而已解析的节点则是从左到右依次编号，称作 $1, $2, $3…

③%type <>

bison如何确定对于union的部分应该取哪个值？文件开始的%type和%token给出了定义。例如term 应该使用 num 部分，那么我们就写

%type <num> term

遇到term时，bison就会去取其num。

④%token

当我们用 %token 声明一个 token 时，这个 token 就会导出到 .h 中，可以在 C 代码中直接使用（注意 token 名千万不要和别的东西冲突！），供 flex 使用。%token <op> ADDOP 与之类似，但顺便也将 ADDOP 传递给 %type。

⑤yylval

这时候我们可以打开 .h 文件，看看里面有什么。除了 token 定义，最末尾还有一个 extern YYSTYPE yylval; 。这个变量我们上面已经使用了，通过这个变量，我们就可以在 lexer 里面设置某个 token 的值。

实验原理

由main.c下调用parse函数（在syntax_analyzer.y）从input_path中读取待处理的字符，使用syntax_analyzer.l中定义的词法处理规则处理token，更新pos和lines，将该token的yytext使用pass_node函数传递给yylval，并返回该token的类型。yylval负责将该token传递，并建立语法分析树。

实验过程

1.词法分析部分

目标对象：./src/parser/lexical_analyzer.l

①void analyzer()函数

在Lab1中是因为main.c函数调用了void analyzer(char* input_file, Token_Node* token_stream)这个函数，而现在Lab2中的main.c并没有使用该函数，故这个函数可以删去，但原来在这个函数中实现的功能需要迁移。

②有关others的处理（\n,注释，\t," "等）

在Lab1中也需要对于注释这些进行词法分析，并输出这些所在的位置，而在Lab2中占主导的是Bison，Lex主要干的事情只是辅助识别出token并将token转交给Bison构建语法分析树，故others其实并不需要返回，即识别到这些的这些东西只需要直接忽略就可以了（只是更新lines与pos），故这里需要删除对于others的return操作。

包括ERROR的处理，现在也是放在syntax_analyzer中的yyerror里，故这里的ERROR也可以删去return操作。

③添加pass_node(yytext)

在识别动作中要添加pass_node(yytext)产生词法单元叶子节点，

识别出来的正常token通过yylval传递给语法分析器

%%
 /* 运算 */
\+   {pos_start = pos_end; pos_end++; pass_node(yytext); return ADD;}
\-   {pos_start = pos_end; pos_end++; pass_node(yytext); return SUB;}
\*   {pos_start = pos_end; pos_end++; pass_node(yytext); return MUL;}
\/   {pos_start = pos_end; pos_end++; pass_node(yytext); return DIV;}
\<   {pos_start = pos_end; pos_end++; pass_node(yytext); return LT;}
"<=" {pos_start = pos_end; pos_end+=2; pass_node(yytext); return LTE;}
\>   {pos_start = pos_end; pos_end++; pass_node(yytext); return GT;}
">=" {pos_start = pos_end; pos_end+=2; pass_node(yytext); return GTE;}
"==" {pos_start = pos_end; pos_end+=2; pass_node(yytext); return EQ;}
"!=" {pos_start = pos_end; pos_end+=2; pass_node(yytext); return NEQ;}
\=   {pos_start = pos_end; pos_end++; pass_node(yytext); return ASSIN;}

 /* 符号 */
\;   {pos_start = pos_end; pos_end++; pass_node(yytext); return SEMICOLON;}
\,   {pos_start = pos_end; pos_end++; pass_node(yytext); return COMMA;}
\(  {pos_start = pos_end; pos_end++; pass_node(yytext); return LPARENTHESE;}
\)  {pos_start = pos_end; pos_end++; pass_node(yytext); return RPARENTHESE;}
\[  {pos_start = pos_end; pos_end++; pass_node(yytext); return LBRACKET;}
\]  {pos_start = pos_end; pos_end++; pass_node(yytext); return RBRACKET;}
\{  {pos_start = pos_end; pos_end++; pass_node(yytext); return LBRACE;}
\}  {pos_start = pos_end; pos_end++; pass_node(yytext); return RBRACE;}

 /* 关键字 */
else {pos_start = pos_end; pos_end+=4; pass_node(yytext); return ELSE;}
if   {pos_start = pos_end; pos_end+=2; pass_node(yytext); return IF;}
int  {pos_start = pos_end; pos_end+=3; pass_node(yytext); return INT;}
float {pos_start = pos_end; pos_end+=5; pass_node(yytext); return FLOAT;}
return {pos_start = pos_end; pos_end+=6; pass_node(yytext); return RETURN;}
void   {pos_start = pos_end; pos_end+=4; pass_node(yytext); return VOID;}
while  {pos_start = pos_end; pos_end+=5; pass_node(yytext); return WHILE;}

 /* ID & NUM */
[a-zA-Z]+ {pos_start = pos_end; pos_end+=yyleng; pass_node(yytext); return IDENTIFIER;}
[0-9]+    {pos_start = pos_end; pos_end+=yyleng; pass_node(yytext); return INTEGER;}
[0-9]+\.|[0-9]*\.[0-9]+ {pos_start = pos_end; pos_end+=yyleng; pass_node(yytext); return FLOATPOINT;}
"[]" {pos_start = pos_end; pos_end+=2; pass_node(yytext); return ARRAY;}
[a-zA-Z]  {pos_start = pos_end; pos_end++; pass_node(yytext); return LETTER;}

 /* others */
// 换行操作本来是在void analyzer(char* input_file, Token_Node* token_stream)这个函数内实现的，但是由于在Lab2该函数被删去，故需要挪至这里直接实现。
\n  {lines++; pos_end=1;}
\/\*[^*]*\*+([^/*][^*]*\*+)*\/  {
                for (int i=0;i<yyleng;i++){
                    if (yytext[i]=='\n'){   /*换行操作*/
                        lines++;
                        pos_end=1;
                    }
                    else pos_end++;
                }}
" " {pos_start = pos_end; pos_end+=yyleng;}
\t  {pos_start = pos_end; pos_end+=yyleng;}
. {}

2.语法分析部分

目标对象：./src/parser/lexical_analyzer.l

①完成yylval的定义

在union中只含有一个节点指针。

%union {
    syntax_tree_node *node;
}

②终结符(词法单元)的声明和非终结符的类型声明

它们的类型都是语法分析树的节点指针，其中终结符名要和词法分析部分中的token一致，非终结符名和Cminus-f的语法规则中一致。声明如下：

%start program
%token <node> ADD SUB MUL DIV
%token <node> LT LTE GT GTE EQ NEQ ASSIN
%token <node> SEMICOLON COMMA LPARENTHESE RPARENTHESE LBRACKET RBRACKET LBRACE RBRACE
%token <node> ELSE IF INT FLOAT RETURN VOID WHILE IDENTIFIER LETTER INTEGER FLOATPOINT ARRAY
%type <node> type-specifier relop addop mulop
%type <node> declaration-list declaration var-declaration fun-declaration local-declarations
%type <node> compound-stmt statement-list statement expression-stmt iteration-stmt selection-stmt return-stmt
%type <node> simple-expression expression var additive-expression term factor integer float call
%type <node> params param-list param args arg-list program

③补充语法规则

规则按照给出的Cminus-f的语法编写，动作则是调用node()函数构造语法分析树的节点，参数为子节点个数和使用$n表示的子节点的指针，当产生式为空输入时，参数为0，子节点为空串。

program : declaration-list { $$ = node("program", 1, $1); gt->root = $$; } ;
declaration-list : declaration-list declaration { $$ = node("declaration-list", 2, $1, $2); }
                 | declaration { $$ = node("declaration-list", 1, $1); }
                 ;
declaration : var-declaration { $$ = node("declaration", 1, $1); }
            | fun-declaration { $$ = node("declaration", 1, $1); }
            ;
var-declaration : type-specifier IDENTIFIER SEMICOLON { $$ = node("var-declaration", 3, $1, $2, $3); }
                | type-specifier IDENTIFIER LBRACKET INTEGER RBRACKET SEMICOLON { $$ = node("var-declaration", 6, $1, $2, $3, $4, $5, $6); }
                ;
type-specifier : INT { $$ = node("type-specifier", 1, $1); }
               | FLOAT { $$ = node("type-specifier", 1, $1); }
               | VOID { $$ = node("type-specifier", 1, $1); }
               ;
fun-declaration : type-specifier IDENTIFIER LPARENTHESE params RPARENTHESE compound-stmt { $$ = node("fun-declaration", 6, $1, $2, $3, $4, $5, $6); } ;
params : param-list { $$ = node("params", 1, $1); }
       | VOID { $$ = node("params", 1, $1); }
       ;
param-list : param-list COMMA param { $$ = node("param-list", 3, $1, $2, $3); }
           | param { $$ = node("param-list", 1, $1); }
           ;
param : type-specifier IDENTIFIER { $$ = node("param", 2, $1, $2); }
      | type-specifier IDENTIFIER ARRAY { $$ = node("param", 3, $1, $2, $3); }
      ;
compound-stmt : LBRACE local-declarations statement-list RBRACE { $$ = node("compound-stmt", 4, $1, $2, $3, $4); } ;
local-declarations : { $$ = node("local-declarations", 0); }
                   | local-declarations var-declaration { $$ = node("local-declarations", 2, $1, $2); }
                   ;
statement-list : { $$ = node("statement-list", 0); }
               | statement-list statement { $$ = node("statement-list", 2, $1, $2); }
               ;
statement : expression-stmt { $$ = node("statement", 1, $1); }
          | compound-stmt { $$ = node("statement", 1, $1); }
          | selection-stmt { $$ = node("statement", 1, $1); }
          | iteration-stmt { $$ = node("statement", 1, $1); }
          | return-stmt { $$ = node("statement", 1, $1); }
          ;
expression-stmt : expression SEMICOLON { $$ = node("expression-stmt", 2, $1, $2); }
                | SEMICOLON { $$ = node("expression-stmt", 1, $1); }
                ;
selection-stmt : IF LPARENTHESE expression RPARENTHESE statement { $$ = node("selection-stmt", 5, $1, $2, $3, $4, $5); }
               | IF LPARENTHESE expression RPARENTHESE statement ELSE statement { $$ = node("selection-stmt", 7, $1, $2, $3, $4, $5, $6, $7); }
               ;
iteration-stmt : WHILE LPARENTHESE expression RPARENTHESE statement { $$ = node("iteration-stmt", 5, $1, $2, $3, $4, $5); } ;
return-stmt : RETURN SEMICOLON { $$ = node("return-stmt", 2, $1, $2); }
            | RETURN expression SEMICOLON { $$ = node("return-stmt", 3, $1, $2, $3); }
            ;
expression : var ASSIN expression { $$ = node("expression", 3, $1, $2, $3); }
           | simple-expression { $$ = node("expression", 1, $1); }
           ;
var : IDENTIFIER { $$ = node("var", 1, $1); }
    | IDENTIFIER LBRACKET expression RBRACKET { $$ = node("var", 4, $1, $2, $3, $4); }
    ;
simple-expression : additive-expression relop additive-expression { $$ = node("simple-expression", 3, $1, $2, $3); }
                  | additive-expression { $$ = node("simple-expression", 1, $1); }
                  ;
relop : LTE { $$ = node("relop", 1, $1); }
      | LT { $$ = node("relop", 1, $1); }
      | GT { $$ = node("relop", 1, $1); }
      | GTE { $$ = node("relop", 1, $1); }
      | EQ { $$ = node("relop", 1, $1); }
      | NEQ { $$ = node("relop", 1, $1); }
      ;
additive-expression : additive-expression addop term { $$ = node("additive-expression", 3, $1, $2, $3); }
                    | term { $$ = node("additive-expression", 1, $1); }
                    ;
addop : ADD { $$ = node("addop", 1, $1); }
      | SUB { $$ = node("addop", 1, $1); }
      ;
term : term mulop factor { $$ = node("term", 3, $1, $2, $3); }
     | factor { $$ = node("term", 1, $1); }
     ;
mulop : MUL { $$ = node("mulop", 1, $1); }
      | DIV { $$ = node("mulop", 1, $1); }
      ;
factor : LPARENTHESE expression RPARENTHESE { $$ = node("factor", 3, $1, $2, $3); }
       | var { $$ = node("factor", 1, $1); }
       | call { $$ = node("factor", 1, $1); }
       | integer { $$ = node("factor", 1, $1); }
       | float { $$ = node("factor", 1, $1); }
       ;
integer : INTEGER { $$ = node("integer", 1, $1); } ;
float : FLOATPOINT { $$ = node("float", 1, $1); } ;
call : IDENTIFIER LPARENTHESE args RPARENTHESE { $$ = node("call", 4, $1, $2, $3, $4); } ;
args : { $$ = node("args", 0); }
     | arg-list { $$ = node("args", 1, $1); }
     ;
arg-list : arg-list COMMA expression { $$ = node("arg-list", 3, $1, $2, $3); }
         | expression { $$ = node("arg-list", 1, $1); }
         ;

完成了以上的补充后，语法分析和词法分析就应该都可以正常进行了。尝试编译时提示缺少yyin的声明，在语法分析函数parse中使用了yyin来进行读入，yyin是词法分析Flex产生的变量，这里需要引入，因此在开头补充引入该文件指针变量。

extern FILE *yyin;

实验结果验证

首先进行make操作，使用如下命令

make parser

若无问题，将出现如下结果

①给定案例验证

#验证easy案例
./tests/lab2/test_syntax.sh easy
diff ./tests/lab2/syntree_easy ./tests/lab2/syntree_easy_std

#验证normal案例
./tests/lab2/test_syntax.sh normal
diff ./tests/lab2/syntree_normal ./tests/lab2/syntree_normal_std

#实验还给出了其他自动化验证方法
$ ./tests/lab2/test_syntax.sh easy yes
  #分析所有 .cminus 文件并将结果与标准对比，仅输出有差异的文件名
$ ./tests/lab2/test_syntax.sh easy verbose
  #分析所有 .cminus 文件并将结果与标准对比，详细输出所有差异

先验证easy，运行截图如下，未出现问题。

再验证normal，运行截图如下，未出现问题。

②正确案例验证

对于自定义的案例验证，可以用重定向来进行

$ ./build/parser < test.cminus > out
#此时程序从 test.cminus 文件中读取输入，因此不需要输入任何内容。
#如果遇到了错误，将程序将报错并退出；否则，将输出解析树到 out 文件中。

或者我们不使用>out的话就会直接向终端输出结果

试试下面这个正确的程序。

# test1
int function(int a[], int n){
	int i;
	int sum;
    i = n;
    sum = 0;
    while(i>0){
        sum = sum+a[i];
        i--;
    }
    return ;
}

我们将程序保存到tests/lab2/test1.cminus，并使用代码执行运行

./build/parser < tests/lab2/test1.cminus

运行结果如下，能够正常解析。

③错误案例验证

编写一个存在语法错误的程序，cminus语法中变量不可以在一个声明语句声明多个同类型变量。同时，还有一个问题，–和++并没有在cminus语法中定义。

# test3
int function(int a[], int n){
	int i,sum;
    i = n;
    sum = 0;
    while(i>0){
        sum = sum+a[i];
        i--;
    }
    return ;
}

进行验证如下：

./build/parser < tests/lab2/test3.cminus

运行截图如下，能够找到问题所在

思考题

1.在1.3样例代码中存在左递归文法，为什么 bison 可以处理？（提示：不用研究bison内部运作机制，在下面知识介绍中有提到 bison 的一种属性，请结合课内知识思考）

因为bison是使用LALR(1)将文法转为解析器的 ，LALR使用了前看符号（在归约时通过FOLLOW(N)选择性归约），所以通过前看符号可以解决左递归文法出现的冲突；

2.请在代码层面上简述下 yylval 是怎么完成协同工作的。（提示：无需研究原理，只分析维护了什么数据结构，该数据结构是怎么和$1、$2等联系起来？）

flex通过正则表达式读到匹配的字符串后，将字符串转为对应非终结符的语义值，然后将这个语义值放在全局变量yylval中，yylval相当于一个栈，栈的类型可以由%union定义。Bison维护一个栈（这个栈中的每一个元素的值，都是由yylval所指定）来保存文法符号的语义值，当最后n个被移进的记号和语义值匹配某个语法规则时, 就将它们依次弹出栈，再将规则的左部压栈（归约）。

bison定义$和 和和n来引用栈中的元素：$$表示规则左部，即归约之后被重新压入栈中的元素；$n表示规则左边第n个部件的语义值，即归约之前栈中距离栈顶编号为i的元素；

3.请尝试使用1.3样例代码运行除法运算除数为0的例子（测试case中有）看下是否可以通过，如果不，为什么我们在case中把该例子认为是合法的？（请从语法与语义上简单思考）

可以通过；语法分析器认为除数为0是合法的，因为“2/0”可以由上面规定的文法推导出来，所以从语法上来说它是合法的，由于语法分析使用的是上下文无关文法，所以它不能判断语义是否合法；

4.能否尝试修改下1.3计算器文法，使得它支持除数0规避功能。

词法分析器在读到非终结符NUMBER时，先判断yytext获取到的值是否为0，不为0才将它的语义值压入到yylval.num中，否则不将其传到语法分析器中：

修改之后，若除数为0，则直接报错，支持除数0规避功能：

实验反馈

通过实现一个cminus-f语法分析器，我大致了解了bison的分析过程：
调用函数yyparse开始进行分析；
用词法分析器读取记号：yylex从输入流中识别记号并将记号类型的正值数字码（数字码用来确定需要解析的token类型）返回给语法分析器（数字码在bison编译.y文件时生成的.h文件里），并将这些记号和它们的语义值压入栈中（移进）；
当最后n个被移进的记号和组匹配某个语法规则时, 可以由那个规则将它们结合起来（归约），这些记号被规则的左部取代。动作是处理归约的一部分, 因为动作会计算这个组的语意值；
当yyparse遇到输入结束或者不能恢复的错误就会返回；

参考文献

• A橙：https://blog.csdn.net/Aaron503/article/details/128324964
• https://blog.csdn.net/weixin_45428457/article/details/123095236