【Compile】PL/0语言编译器功能扩充

前言

编译原理作为计算机科学专业中最难的专业课之一，因为其涉及底层编译器的具体执行过程与实现，较为晦涩难懂。为了能够对这门专业课有更加深刻地体验与认识，本次课程设计将围绕实现一个PL/0语言编译器的部分功能，来深入理解词法分析、语法分析、语义分析和目标代码生成等主要步骤的内部实现机制。

if-else

本节任务为扩充语言成分：“if 条件 then 语句系列1 else 语句系列2”，并给出其编译程序实现。

1. 调用逻辑表达式处理过程处理if语句的条件，把相应的真假值放到数据栈顶
2. 记录下代码段分配位置cx1（即下面生成的jpc指令的位置），然后生成条件转移jpc指令（遇0或遇假转移），转移地址未知暂时填0
3. 调用语句处理过程statement处理then语句后面的语句或语句块，then后的语句处理完后，当前代码段分配指针的位置就应该是上面的jpc指令的转移位置（cx1）。通过前面记录下的jpc指令的位置，把它的跳转位置改成当前的代码段指针位置
4. 记录下当前代码段的分配位置cx2（即下面生成的jmp指令无条件跳转的位置），然后生成无条件转移jmp（执行真语句后转移），转移地址即为执行完else后的地址
5. then后的statement处理完了之后下一个单词是“;”，所以在处理else之前，需要进行判断，再读取，从而跳过“;”
6. 判断下一个符号是否为else，若不是说明是简单if语句，直接跳出if执行下一条；若是if-else语句，则进入else语句体。读取单词，并执行else判断体。else后的语句处理完后，当前代码段分配指针的位置就应该是上面的jmp无条件跳转指令的转移位置（cx2）。通过前面记录下的jmp指令的位置，把它的跳转位置改成当前的代码段指针位置

cpp

if (sym == ifsym)   /* 准备按照if语句处理 */
{
	getsymdo;
	memcpy(nxtlev, fsys, sizeof(bool) * symnum);
	nxtlev[thensym] = true;  /* 后跟符号为then, else或do */
	nxtlev[dosym] = true;
	nxtlev[elsesym] = true;
	conditiondo(nxtlev, ptx, lev); /* 调用条件处理（逻辑运算）函数 */
	if (sym == thensym)
	{
		getsymdo;
	}
	else
	{
		error(16);  /* 缺少then */
	}
	cx1 = cx;   /* 保存当前if条件处理的指令地址 */
	gendo(jpc, 0, 0);   /* 生成条件跳转指令，跳转地址未知，暂时写0 */
	statementdo(fsys, ptx, lev);    /* 处理then后的语句,if为真 */	
	bool isSemi = false;
	if (sym == semicolon)  // 跳过分号
	{
		getsymdo;
		isSemi = true;
	}
	if (sym == elsesym)  // 若为else，执行其中语句
	{							
		cx2 = cx;  // 执行完then语句后需无条件转移，出发地址为cx2
		gendo(jmp, 0, 0); // 执行if为真后，无条件转移
		code[cx1].a = cx; // 回填cx1的地址，即if执行为假
		getsymdo;							
		statementdo(fsys, ptx, lev);
		code[cx2].a = cx; // 判断正式结束，回填if执行结束时的地址
	}
	else 
	{						
		code[cx1].a = cx; // 回填cx1的地址，即if执行为假
		statementdo(fsys, ptx, lev);
	}
}

dowhile

本节任务为扩充语言成分：“do while语句系列 until 条件”意即循环执行循环体内的语句系列，直到条件为真为止，并给出其编译程序实现。

1. 读取单词并对do-while是否匹配进行判断，未匹配则报错
2. 记录下当前代码段分配位置cx1，以便重复执行循环体，同时生成until后跟符号集
3. 调用语句处理过程statement()执行循环体
4. 处理循环体后的分号
5. 执行until后的语句，调用条件判断，把相应的真假值放到数据栈顶，同时生成有条件跳转指令jpc，当数据栈顶值为假时，跳转到cx1位置，即循环开始前

cpp

else if (sym == dosym)
{
	getsymdo;
	if (sym == whilesym)
	{
		cx1 = cx;  // 保存循环体前的位置
		getsymdo;
		memcpy(nxtlev, fsys, sizeof(bool) * symnum);
		nxtlev[untilsym] = true; // 后跟符号为until
		statementdo(fsys, ptx, lev);    /* 执行循环体 */
		if (sym == semicolon) // 处理循环体后的分号
		{
			getsymdo;
		}
		if (sym == untilsym)
		{
			getsymdo;
			conditiondo(nxtlev, ptx, lev);  /* 调用条件处理 */
			gendo(jpc, 0, cx1);
		}
		else
		{
			error(26);  // do-while后缺少until
		}
	}
	else
	{
		error(25); // do后缺少while，没有匹配成功
	}
}

for-to/downto

本节任务为扩充语言成分：
① “for 变量= 初值 to 终值 do begin 语句系列 end”
② “for 变量= 初值 downto 终值 do begin 语句系列 end”
其中，语句①中循环变量的步长为1，语句②中循环变量的步长为-1。并给出其编译程序实现。

1. 读取标识符并获得标识符在符号表中的地址，对标识符的类型进行判断，需要确定标识符为变量
2. 读取赋值号，并设置to, downto, do为后跟符号集。
3. 读取完赋值表达式，进行变量初始化，并调用sto指令，将数据栈顶内容存入变量
4. 根据当前符号为to或者downto（若均不是，按错误处理），分别进行处理
5. 记录下循环中条件比较地址为cx1，并调用lod将读取的常量置于栈顶，处理循环边界表达式。调用opr13（opr11）指令判断循环条件是否满足，结果用01值存于数据栈顶以便调用。
6. 记录下代码分配段地址cx2，并生成jpc有条件跳转指令，地址需回填
7. 执行循环体
8. 调用lod指令，将变量i调到数据栈顶
9. 另取常量1置于数据栈顶
10. 调用opr2（opr3）指令，使栈顶与次栈顶相加
11. 将数据栈顶的内容存入变量，完成变量递增（递减）的操作
12. 执行无条件跳转jmp，回到条件判断位置cx1
13. 回填跳出循环的地址cx2

cpp

else if (sym == forsym)
{
	getsymdo;
	if (sym != ident) error(27); // for后非标识符
	i = position(id, *ptx); // 寻找标识符在名称表中的位置
	if (i == 0) error(11); // 标识符未声明
	else
	{
		if (table[i].kind != variable)
		{
			error(12); // 当前标识符非变量
			i = 0;
		}
		else
		{
			getsymdo;
			if (sym != becomes) error(13);  // 若不是赋值号":="
			getsymdo;
			memcpy(nxtlev, fsys, sizeof(bool) * symnum);
			nxtlev[tosym] = true;
			nxtlev[downtosym] = true;
			nxtlev[dosym] = true;
			expressiondo(nxtlev, ptx, lev); // 变量初始化								
			gen(sto, lev - table[i].level, table[i].adr); // 将数据栈顶的内容存入变量										
			if (sym == tosym)
			{
				cx1 = cx;  // 记录循环中比较条件的地址,to后
				getsymdo;
				gendo(lod, lev - table[i].level, table[i].adr);  // 取以上读取的常量放到栈顶
				memcpy(nxtlev, fsys, sizeof(bool) * symnum);
					
				nxtlev[beginsym] = true;
				expressiondo(nxtlev, ptx, lev);  // 处理循环边界表达式
				gen(opr, 0, 13);  // 判断次栈顶是否小于等于栈顶，结果进栈
				cx2 = cx; // 记录条件跳转地址，跳出循环位置，do前
				gen(jpc, 0, 0);  // 有条件跳转，地址需回填

				if (sym == dosym)
				{
					getsymdo;
					statementdo(nxtlev, ptx, lev);  // 执行循环体									}
				else error(18);  // 缺少do

				gen(lod, lev - table[i].level, table[i].adr); // 取变量i放到栈顶
				gen(lit, 0, 1); // 取常量1放到栈顶
				gen(opr, 0, 2); // 取次栈顶与栈顶相加，结果进栈
				gendo(sto, lev - table[i].level, table[i].adr); // 将数据栈顶的内容存入变量，即i++
				gen(jmp, 0, cx1); // 重回条件判断
				code[cx2].a = cx; // 跳出循环位置，地址回填
			}
			else if (sym == downtosym)
			{
				cx1 = cx;
				getsymdo;										
				gendo(lod, lev - table[i].level, table[i].adr);  // 取以上读取的常量放到栈顶
				memcpy(nxtlev, fsys, sizeof(bool) * symnum);
						
				nxtlev[beginsym] = true;
				expressiondo(nxtlev, ptx, lev);  // 处理循环边界表达式
				gen(opr, 0, 11);  // 判断次栈顶是否大于等于栈顶，结果进栈
				cx2 = cx; // 记录条件跳转地址，跳出循环位置，do前
				gen(jpc, 0, 0);  // 有条件跳转，地址需回填

				if (sym == dosym)
				{
					getsymdo;
					statementdo(fsys, ptx, lev);  // 执行循环体
				}
				else error(18);  // 缺少do
				gen(lod, lev - table[i].level, table[i].adr); // 取变量i放到栈顶
				gen(lit, 0, 1); // 取常量1放到栈顶
				gen(opr, 0, 3); // 取次栈顶与栈顶相减，结果进栈
				gendo(sto, lev - table[i].level, table[i].adr); // 将数据栈顶的内容存入变量，即i--
				gendo(jmp, 0, cx1); // 重回条件判断
				code[cx2].a = cx; // 跳出循环位置，地址回填
			}										
			else error(28);  // for后无to或downto
		}
	}
}