2024-06-23 编译原理实验3——语义分析

news2024/11/26 12:13:20

文章目录

    • 一、实验要求
    • 二、实验设计
    • 三、实验结果
    • 四、附完整代码

补录与分享本科实验，以示纪念。

一、实验要求

基于前面的实验，编写一个程序对使用 C—语言书写的源代码进行语义分析，输出语义分析中发现的错误（涉及 17 种错误类型）并完成实验报告，实验中主要使用 C 语言。

  • 基本要求
    a. 对程序进行语法分析，输出语法分析结果；
    b. 能够识别多个位置的语法错误。
  • 附加要求
    a. 修改假设3在文法中加入函数声明（需要修改文法）并能够检查函数声明涉及的两种错误：函数声明了但没定义、函数多次声明冲突。
    b. 修改假设 4 在假设“变量的定义可受嵌套作用域的影响，外层语句块中定义的变量可以在内层语句块中重复定义，内层语句块中定义的变量到了外层语句块中就会消亡，不同函数体内定义的局部变量可以相互重名”。
    c. 修改前面的C–语言假设5，将结构体间的类型等价机制由名等价改为结构等价。在新的假设5下，完成对错误类型1-17的检查。

二、实验设计

一、文法可视化的建立，方便后续进行语义分析。

在这里插入图片描述
二、sematic.c文件

bool dealWithProgram(Node *node);

bool dealWithExtDefList(Node *node);

bool dealWithExtDef(Node *node);

bool dealWithSpecifier(Node *node, ValueTypes *type, char **name);

bool dealWithTYPE(Node *node, ValueTypes *type);

bool dealWithStructSpecifier(Node *node, ValueTypes *type, char **name);

bool dealWithTag(Node *node, char **name);

bool dealWithOptTag(Node *node, char **name);

bool dealWithExtDecList(Node *node, ValueTypes *type, char **name);

bool dealWithVarDec(Node *node, Symbol *s);

bool dealWithDefList(Node *node, Symbol *s);

bool dealWithDef(Node *node, Symbol *s);

bool dealWithDecList(Node *node, Symbol *s, ValueTypes *type, char **name);

bool dealWithDec(Node *node, Symbol *s, Symbol *field);

bool dealWithFunDec(Node *node, Symbol *s);

bool dealWithVarList(Node *node, Symbol *s);

bool dealWithParamDec(Node *node, Symbol *s);

bool dealWithCompSt(Node *node);

bool dealWithStmtList(Node *node);

bool dealWithStmt(Node *node);

bool dealWithExp(Node *node, ExpType *expType);

bool dealWithArgs(Node *node, ParaType *parameters);

语义分析需要对每个匹配的产生式进行分析，因此需要写专门的函数进行操作。每个函数的操作均不一样，但也拥有相同的操作：

bool checkNode(Node *node, Types type) {
   if (node == NULL) {
      addLogNullNode(type);
      return false;
   }
   else if (node->type != type) {
      addLogTypeDismatch(type);
      return false;
   }
   addLogStartDealing(type);
   return true;
}

bool hasBrothers(Node *node, int n, ...) {
   va_list vaList;
   va_start(vaList, n);
   Types next;
   for (int i = 0; i < n; ++i) {
      next = va_arg(vaList, Types);
      if (node == NULL || next != node->type) return false;
      node = node->brother;
   }
   return node == NULL;
}

checkNode函数检查每个结点是否规范，hasBrothers函数判断某个节点是否只拥有若干个指定的兄弟。
在每个函数中，基本实现为：
（1）判断结点是否合法；
（2）检查孩子结点
（3）匹配文法并做出相应操作
（4）返回操作是否成功
例如：

bool dealWithProgram(Node *node) {
   if (checkNode(node, _Program) == false) return false;
   Node *c = node->child;
   if (c == NULL) {
      addLogNullChild(_Program);
      return false;
   }
   if (hasBrothers(c, 1, _ExtDefList)) {
      return dealWithExtDefList(c);
   }
   else {
      addLogWrongChild(_Program);
      return false;
   }
}

三、log.c文件
采用单独的日志文件进行输出。我们将需要输出的消息存储在一个消息链表里，在分析完文件后顺序输出消息。链表结构为：

#define MESSAGE_LENGTH 256

typedef struct Info {
   char *content;
   struct Info *next;
} Info;

typedef struct Log {
   Info *head;
   Info *tail;
} Log;

extern Log *SemanticError;
extern Log *SemanticAnalysisLog;

SemanticError存储语义错误消息，SemanticAnalysisLog存储分析日志，以供调试使用。
其中，日志包含的方法有：

Log *initLog();

bool addLogInfo(Log *log, char *content);

bool outputLog(Log *log, FILE *file);

bool reportError(Log *log, int type, int line, char *message);

在程序中，封装了以下方法，以供显示日志消息：

bool addLogNullNode(Types type) {
   char message[MESSAGE_LENGTH];
   sprintf(message, "when dealing with %s, this %s is NULL.\n", typeToString(type), typeToString(type));
   addLogInfo(SemanticAnalysisLog, message);
   return true;
}

bool addLogTypeDismatch(Types type) {
   char message[MESSAGE_LENGTH];
   sprintf(message, "when dealing with %s, this node is not %s.\n", typeToString(type), typeToString(type));
   addLogInfo(SemanticAnalysisLog, message);
   return true;
}

bool addLogNullChild(Types type) {
   char message[MESSAGE_LENGTH];
   sprintf(message, "when dealing with %s, child node is NULL.\n", typeToString(type));
   addLogInfo(SemanticAnalysisLog, message);
   return true;
}

bool addLogWrongChild(Types type) {
   char message[MESSAGE_LENGTH];
   sprintf(message, "when dealing with %s, this %s has a wrong child.\n", typeToString(type), typeToString(type));
   addLogInfo(SemanticAnalysisLog, message);
   return true;
}

bool addLogStartDealing(Types type) {
   char message[MESSAGE_LENGTH];
   sprintf(message, "Start dealing with %s.\n", typeToString(type));
   addLogInfo(SemanticAnalysisLog, message);
   return true;
}

bool addLogEmptyNode(Types type) {
   char message[MESSAGE_LENGTH];
   sprintf(message, "when dealing with %s, this %s is empty.\n", typeToString(type), typeToString(type));
   addLogInfo(SemanticAnalysisLog, message);
   return true;
}

四、main函数的改动
在main函数中，之前的操作不变，后面添加：如果词法分析和语法分析正确，则进行语义分析，并输出所有的信息：

int main(int argc, char **argv) {
   if (argc <= 1) {
      printf("pass filename to scanner\n");
      return -1;
   }
   else {
      FILE *f = fopen(argv[1], "r");
      if (!f) {
         printf("fopen failed:%s\n", argv[1]);
         return -1;
      }
      yyrestart(f);
      yyparse();
      FILE *semanticAnalysisLogFile = fopen("SemanticAnalysisLog.txt", "w");
      FILE *grammarTreeFile = fopen("grammarTree.txt", "w");
      FILE *hashTableFile = fopen("hashTable.txt", "w");
      if (syntax_correct && lexical_correct) {
         symbolTable = initializeHashSet(HASH_SIZE);
         SemanticAnalysisLog = initLog();
         SemanticError = initLog();
         printTree(root, 0, grammarTreeFile);
         dealWithProgram(root);
            checkFunction();
         outputLog(SemanticAnalysisLog, semanticAnalysisLogFile);
         outputHashTable(symbolTable, hashTableFile);
         outputLog(SemanticError, stdout);
//            printFunctions();
      }
      destroyTree(root);
      return 0;
   }
}

三、实验结果

  1. test1
int fun(){
	int i;
}

int main(){
	float f = 0.;
	f = f + 0.1;
	fun();
	return 0;
}

该例子无词法、语法、语义错误，故无输出

  1. test2
int main(){
        int i = 0;
        int i;                  // error 3
        j = i + 1;              // error 1
        inc(i);                 // error 2
}

int main(){                     // error 4
        return 3.5;             // error 8
}

成功检测出所有语义错误，其中第五行符合多个语义错误，将符合的每一个错误都输出出来了。

  1. test3
int main(){
        int i;
        float j = 9;            // error 5
        i = 3.7;                // error 5
        10 = i;                 // error 6
        i + 3.7;                // error 7
        return j;               // error 8
}

这里面的float j=9; 这句我们并没有报错，因为我们在词法分析中认为9可以作为一种浮点数。此外，我们使用gcc编译器实测，float j=9;并不会报错。
其他错误均与示例相同。

  1. test4
int func(){}
float func2(int m, float n){}

int main(){
        int i;
        float j[20];
        func();
        func(i);                // error 9
        func2(8, 8);            // error 9
        i[0];                   // error 10
        i();                    // error 11
        j[1.5] = 3.2;           // error 12
}

其中第12行实际上是不符合语法规范的，我们让语法检查对它“放行”，在语义检查中也能查到问题。

  1. test5
struct sa{
        int a;
        float b;
        int b;          // error 15
}c;
struct sf{
        int x;
};
struct sf{              // error 16
        int y;
};

int main(){
        struct sk mm;   // error 17
        struct sa nn;
        int a[10];
        c.f;            //error 14
        c.b;
        a.b;			//error 13
}

由于没有实现作用域的附加要求，这里面在第17行多报了一个错。

  1. testfj1
int f1();               // error 18
int f2();
int f2(int f);          // error 19
float f2();
int f3(){
	int x;
	{int x;}
}
int f4(){
	int x;
}

我们实现了对函数冲突声明和只声明不定义的检查，并能成功报错。由于未实现嵌套作用域的附加要求，第7行和第10行多报了两个错。

  1. testfj2
struct A{
    float a;
    int c;
};
struct B{
    float b;
    float c;
};
struct C{float m; int n;};
int main(){
    struct A aa;
    struct B bb;
    struct C cc;
    aa = bb;
    aa = cc;
}

同样地，由于作用域的问题，我们多报了一个错。
在结构体赋值时，由于aa和bb不等价，因此不能赋值，我们给出了报错。
而aa和cc是结构等价的，我们实现了把名等价变成结构等价的附加功能，因此aa和cc之间的赋值没有报错。

四、附完整代码

github 链接：https://github.com/zheliku/byyl---Semantic-Analysis。

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