编译原理项目——C++实现C语言编译器输出为8086级汇编（代码/报告材料）

news2024/9/25 21:22:54

完整的材料 代码见文章末尾 以下为核心内容和部分结果

项目介绍

一个小型的c语言编译器，实现的功能如下：

  1. 可以定义多个变量，并且能初始化。
  2. 可以支持基本的加减乘除运算。
  3. 可以支持带括号的多个变量的四则混合运算。
  4. 可以支持单行注释和多行注释。
  5. 可以输出%d格式的整数。
  6. 可以定义int 类型。
  7. 可以输出字符串。
  8. 可以输出2位整数
  9. 可以支持简单的if{}else{}语句。（大于和小于比较条件）
  10. 以上支持的语法可以混合在同一个源程序中。
  11. 部分错误语法可以报错。

环境

  • 汇编器、MASM
  • 汇编语言：8086汇编
  • 源代码：C++，用VS2019

用masm打开生成的asm文件直接运行

设计流程

扫源代码 --> 词法分析 --> 语法分析 -->目标代码 --> 汇编代码

词法分析器的实现：使用正则表达式或有限状态机（Finite State Machine, FSM）来识别和生成词法单元。

语法分析器的实现：使用递归下降分析或者其他方法（如LR分析）构建语法分析器，生成抽象语法树。

语义分析：检查类型、作用域等语义信息，确保生成的代码符合语言规范。

中间代码生成：根据抽象语法树生成中间表示形式，如三地址码或四元式。

目标代码生成：将中间代码翻译为8086汇编代码，考虑寄存器分配、指令选择等。

汇编代码生成：将生成的汇编代码输出为文件，或直接进行后续的汇编和链接操作。

部分核心代码展示（asm文件）

#include"asm.h"
#include"define.h"
extern vector<Target>  target_code;
extern vector<Variable>   var_table;
extern char lab;
string  asmfile(string source)
{
	if (source.size() == 0)
	{
		cout << "源文件名不能为空" << endl;
		exit(-1);
	}
	string temp = "";
	int i, j;
	j = source.size();
	for (i = j - 1; i >= 0; i--)
	{
		//		if(source[i] == '\\' || source[i]== '/')
		//			break;
		if (source[i] == '.')
		{
			j = i;
			break;
		}
	}
	temp = source.substr(0, j) + ".asm";
	return temp;
}
void add_target_code(string dsf, string op, string dst, string dsc, string mark, string step)
{
	Target  tmp;
	tmp.dsf = dsf;
	tmp.op = op;
	tmp.dst = dst;
	tmp.dsc = dsc;
	tmp.mark = mark;
	tmp.step = step;
	target_code.push_back(tmp);
}
void addsub_asm(ofstream& out, string dsf, string op, string dst, string dsc)
{
	out << "    mov BL," << dst << endl;
	if (op == "+")
		out << "    add BL," << dsc << endl;
	else
		out << "    sub BL," << dsc << endl;
	out << "    mov " << dsf << ",BL" << endl;
}
void mul_asm(ofstream& out, string dsf, string dst, string dsc)
{
	out << "    mov AL," << dst << endl;
	out << "    mov BH," << dsc << endl;
	out << "    mul BH" << endl;
	out << "    mov BL,1" << endl;
	out << "    div BL" << endl;
	out << "    mov " << dsf << ",AL" << endl;
}
void div_asm(ofstream& out, string dsf, string dst, string dsc)
{
	out << "    mov AL," << dst << endl;
	out << "    CBW" << endl;
	out << "    mov BL," << dsc << endl;
	out << "    div BL" << endl;
	out << "    mov " << dsf << ",AL" << endl;
}
void sign_asm(ofstream& out, string dsf, string dst)
{
	out << "    mov BL," << dst << endl;
	out << "    mov " << dsf << ",BL" << endl;
}
void print_asm(ofstream& out, string dsf, string mark)
{
	//以字符格式输出
	if (mark == "%c")
	{
		out << "    mov DL," << dsf << endl;
		out << "    mov AH,02H" << endl;
		out << "    int 21H" << endl;
	}
	//以整数格式输出
	else if (mark == "%d")
	{
		out << "    mov AL," << dsf << endl;
		out << "    CBW" << endl;
		out << "    mov BL,10" << endl;
		out << "    DIV BL" << endl;
		out << "    mov BH,AH" << endl;
		out << "    add BH,30H" << endl;
		out << "    add AL,30H" << endl;
		out << "    CMP AL,48" << endl;
		//确定十位是否是0
		lab = lab + 2;
		string step2 = "step" + char_to_str(lab);
		out << "    JE " << step2 << endl;
		string step1 = "step" + char_to_str(lab - 1);
		out << "  " << step1 << ":" << endl;
		out << "    mov DL,AL" << endl;
		out << "    mov AH,2" << endl;
		out << "    int 21H" << endl;

		//输出个位
		out << "  " << step2 << ":" << endl;
		out << "    mov DL,BH" << endl;
		out << "    mov AH,2" << endl;
		out << "    int 21H" << endl;
	}
	//字符串输出
	else
	{
		out << "    LEA DX," << mark << endl;
		out << "    mov AH,09" << endl;
		out << "    int 21H" << endl;
	}
}
void if_asm(ofstream& out, string dst, string dsc, string mark, string step)
{
	out << "    mov AL," << dst << endl;
	out << "    CMP AL," << dsc << endl;
	if (mark == ">")
		out << "    JG " << step << endl;
	else if (mark == "<")
		out << "    JL " << step << endl;
	else
	{
		cout << "暂不支持其他条件判断" << endl;
		exit(-1);
	}
}
void create_asm(string file)
{
	//变量声明
	ofstream   wfile(file.c_str());
	if (!wfile.is_open())
		cout << "无法创建汇编文件" << endl;

	vector<Variable>::iterator  it_var;

	wfile << "ASSUME CS:codesg,DS:datasg" << endl;
	//数据段
	wfile << "datasg segment" << endl;
	for (it_var = var_table.begin(); it_var != var_table.end(); it_var++)
	{
		wfile << "    " << it_var->var << " DB ";
		if (it_var->value != "")
			wfile << it_var->value << endl;
		else
			wfile << "\'?\'" << endl;
	}
	wfile << "datasg ends" << endl;
	//代码段
	wfile << "codesg segment" << endl;
	wfile << "  start:" << endl;
	wfile << "    mov AX,datasg" << endl;
	wfile << "    mov DS,AX" << endl;

	vector<Target>::iterator     it;
	Target        tmp;
	for (it = target_code.begin(); it != target_code.end(); it++)
	{
		//加减法转化
		if (it->op == "+" || it->op == "-")
			addsub_asm(wfile, it->dsf, it->op, it->dst, it->dsc);
		//乘法转换
		else if (it->op == "*")
			mul_asm(wfile, it->dsf, it->dst, it->dsc);
		//除法转换
		else if (it->op == "/")
			div_asm(wfile, it->dsf, it->dst, it->dsc);
		//赋值运算
		else if (it->op == "=")
			sign_asm(wfile, it->dsf, it->dst);
		//输出操作
		else if (it->op == "p")
			print_asm(wfile, it->dsf, it->mark);
		//if语法分析
		else if (it->op == "if")
		{
			if_asm(wfile, it->dst, it->dsc, it->mark, it->step);
		}
		else if (it->op == "else")
		{
			cout << "else 没有找到匹配的 if" << endl;
			exit(-1);
		}
		//跳转语句
		else if (it->op == "jmp")
		{
			wfile << "    JMP " << it->step << endl;
		}
		//跳转语句段标识
		else if (it->op == "pstep")
		{
			wfile << "  " << it->step << ":" << endl;
		}
		//其他
		else
		{
			cout << "编译器暂不支持该语法操作" << endl;
			exit(-1);
		}
	}

	//代码段结束
	wfile << "    mov ax,4C00H" << endl;
	wfile << "    int 21H" << endl;
	wfile << "codesg ends" << endl;
	wfile << "  end start" << endl;

	wfile.close();
}

asmfile，生成汇编文件的名称。

执行逻辑：

  • 检查源文件名是否为空，如果为空则报错退出。
  • 从源文件名中去掉扩展名，并添加.asm作为新文件名的扩展名。
  • 返回生成的汇编文件名。

add_target_code，将目标代码添加到目标代码向量中。

执行逻辑：

  • 创建一个临时的Target结构体，赋值各个字段。
  • 将该结构体添加到目标代码向量中。

addsub_asm，生成加法和减法的汇编代码。

执行逻辑：

  • 将目的操作数加载到寄存器BL。
  • 根据操作符执行加法或减法运算。
  • 将结果存储到目标操作数中。

mul_asm，生成乘法的汇编代码。

执行逻辑：

  • 将目的操作数加载到寄存器AL。
  • 将源操作数加载到寄存器BH。
  • 执行乘法运算，并将结果存储在AL中。
  • 将结果存储到目标操作数中。

div_asm，生成除法的汇编代码。

执行逻辑：

  • 将目的操作数加载到寄存器AL。
  • 执行符号扩展（CBW）。
  • 将源操作数加载到寄存器BL。
  • 执行除法运算，并将结果存储在AL中。
  • 将结果存储到目标操作数中。

sign_asm，生成赋值运算的汇编代码。

执行逻辑：

  • 将源操作数加载到寄存器BL。
  • 将结果存储到目标操作数中。

print_asm，生成输出操作的汇编代码。

执行逻辑：

  • 根据标记符（%c或%d）判断输出格式。
  • 如果是字符输出，加载字符到寄存器DL并调用中断21H。
  • 如果是整数输出，执行整数的转换和输出。
  • 如果是字符串输出，加载字符串地址到寄存器DX并调用中断21H。

if_asm，生成if语句的汇编代码。

执行逻辑：

  • 将目的操作数加载到寄存器AL。
  • 比较目的操作数和源操作数。
  • 根据条件标记符（>或<）生成相应的条件跳转指令。

create_asm，生成汇编文件。

执行逻辑：

  • 打开汇编文件进行写操作。
  • 写入数据段和代码段的开始部分。
  • 遍历目标代码向量，生成相应的汇编代码（加法、减法、乘法、除法、赋值、输出、if语句、跳转等）。
  • 写入代码段的结束部分，并关闭文件。

结果展示

测试文件如下：

main()
{
	int a,b;
	
	a = 4;
	b = 2;
	if(a>b)
	{
		a = a+1;
	}
	
	if(b<1)
	{
		b = b-1;
	}
	else
	{
		b = b+1;
	}
	printf("a=%d b=%d",a,b);
}

8086汇编如下：

ASSUME CS:codesg,DS:datasg
datasg segment
    a DB '?'
    b DB '?'
    tmpB DB '?'
    tmpC DB '?'
    tmpD DB '?'
    tmpE DB 'a=$'
    tmpF DB ' b=$'
datasg ends
codesg segment
  start:
    mov AX,datasg
    mov DS,AX
    mov BL,4
    mov a,BL
    mov BL,2
    mov b,BL
    mov AL,a
    CMP AL,b
    JG stepB
    JMP stepC
  stepB:
    mov BL,a
    add BL,1
    mov tmpB,BL
    mov BL,tmpB
    mov a,BL
    JMP stepC
  stepC:
    mov AL,b
    CMP AL,1
    JL stepD
    mov BL,b
    add BL,1
    mov tmpC,BL
    mov BL,tmpC
    mov b,BL
    JMP stepE
  stepD:
    mov BL,b
    sub BL,1
    mov tmpD,BL
    mov BL,tmpD
    mov b,BL
    JMP stepE
  stepE:
    LEA DX,tmpE
    mov AH,09
    int 21H
    mov AL,a
    CBW
    mov BL,10
    DIV BL
    mov BH,AH
    add BH,30H
    add AL,30H
    CMP AL,48
    JE stepG
  stepF:
    mov DL,AL
    mov AH,2
    int 21H
  stepG:
    mov DL,BH
    mov AH,2
    int 21H
    LEA DX,tmpF
    mov AH,09
    int 21H
    mov AL,b
    CBW
    mov BL,10
    DIV BL
    mov BH,AH
    add BH,30H
    add AL,30H
    CMP AL,48
    JE stepI
  stepH:
    mov DL,AL
    mov AH,2
    int 21H
  stepI:
    mov DL,BH
    mov AH,2
    int 21H
    mov ax,4C00H
    int 21H
codesg ends
  end start

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