编程语言原理与编译

1. 项目自评等级:(1-5) 请根据自己项目情况填写下表

1.1 解释器

功能	完善程度	自评	备注
bool 类型	5	1
float 类型	5	2
char 类型	5	2
For 循环	5	4
DoWhile 循环	5	4
DoUntil 循环	5	4
switch-case	5	3
模式匹配 match	5	3
自增自减 ++、–	5	3	可以识别 i++ 和 ++i
三目运算符？：	5	3
+= -= *= /=语法糖	5	3
位运算 << >>	5	3
占位符 pass	5	2
break	5	4
Continue	5	4
print 重写	5	3

1.2 编译器

功能	完善程度	自评	备注
bool 类型	5	1
float 类型	5	2
char 类型	5	2
For 循环	5	4
DoWhile 循环	5	4
DoUntil 循环	5	4
switch-case	5	3
模式匹配 match	5	3
自增自减 ++、–	5	3	可以识别 i++ 和 ++i
三目运算符？：	5	3
+= -= *= /=语法糖	5	3
位运算 << >>	5	3
占位符 pass	5	2
break	5	4
Continue	5	4
print 重写	5	3
Java 虚拟机	5	4	新增了 11 条指令及新 print 和新类型的实现

1.3 优化编译器

功能	完善程度	自评	备注
bool 类型	5	1
float 类型	5	2
char 类型	5	2
For 循环	5	4
DoWhile 循环	5	4
DoUntil 循环	5	4
switch-case	5	3
模式匹配 match	5	3
自增自减 ++、–	5	3	可以识别 i++ 和 ++i
三目运算符？：	5	3
+= -= *= /=语法糖	5	3
位运算 << >>	5	3
占位符 pass	5	2
break	5	4
Continue	5	4
print 重写	5	3
Java 虚拟机	5	4	新增了 11 条指令及新 print 和新类型的实现

2. 项目说明

2.1 文件目录结构

• src - Java 虚拟机
• test/testinterpc - 解释器测试样例
• test/testmicroc- 编译器测试样例
• test/testMicroCC- 优化编译器测试样例
• Absyn.fs - 抽象语法
• CLex.fsl - fslex 词法定义
• CPar.fsy - fsyacc 语法定义
• Parse.fs - 语法解析器
• Interp.fs - 解释器
• interpc.fsproj - 解释器项目文件
• Comp.fs - 编译器
• microc.fsproj - 优化编译器项目文件
• Contcomp.fs - 优化编译器
• microcc.fsproj - 优化编译器项目文件
• Machine.fs - 机器指令定义

2.2 项目运行

解释器

//编译解释器 interpc.exe 命令行程序 
dotnet restore  interpc.fsproj  //可选
dotnet clean  interpc.fsproj    //可选
dotnet build -v n interpc.fsproj //构建，-v n查看详细生成过程//执行解释器
./bin/Debug/net5.0/interpc.exe 测试文件 参数
dotnet run -p interpc.fsproj 测试文件 参数
dotnet run -p interpc.fsproj -g 测试文件 参数 //显示token AST 等调试信息

编译器

//构建 microc.exe 编译器程序 
dotnet restore  microc.fsproj //可选
dotnet clean  microc.fsproj  //可选
dotnet build  microc.fsproj  //构建dotnet run -p microc.fsproj 测试文件  // 执行编译器，编译测试文件，并输出.out 文件
dotnet run -p microc.fsproj -g 测试文件   // -g 查看调试信息./bin/Debug/net5.0/microc.exe -g 测试文件  // 直接执行构建的.exe文件，同上效果

优化编译器

dotnet restore  microcc.fsproj
dotnet clean  microcc.fsproj
dotnet build  microcc.fsproj  //构建编译器dotnet run -p microcc.fsproj 测试文件 //执行编译器
./bin/Debug/net5.0/microcc.exe 测试文件  //直接执行

Java 虚拟机

javac Machine.java
java Machine .out文件 参数javac Machinetrace.java
java Machinetrace .out文件 参数
java Machinetrace .out文件 参数

2.3 功能实现(具体说明仅在解释器中，编译器和优化编译器不再重复)

解释器

解释器基于原 microc 改进并在其上新增了上表所列的功能并对部分功能进行了改进。

• bool 类型

  通过 bool 关键词定义，只支持赋值为 true 和 false，可以通过 print 的 'b' 类型来输出。

  void main(){bool x;bool k;x=true;k=false;print 'b' : x;print 'b' : k;
  }
  

• char 类型

  通过 char 关键词定义，支持赋值使用 ' ' 包裹的一个字符，可以通过 print 的 'c' 类型来输出。

  void main(){char a;a='a';print 'c' : a;
  }
  

• float 类型

  通过 float 关键词定义，支持浮点数赋值，支持向下数据类型转换，可以通过 print 的 'f' 类型来输出。

  void main(){float a;a=1.1111;print 'f' : a;
  }
  

• For 循环

  for 循环的语句结构为：

  for(表达式 1; 表达式 2; 表达式 3){
  语句块
  }

  运行过程为：

  1. 先执行“表达式 1”
  2. 再执行“表达式 2”，如果它的值为真（非 0），则执行循环体，否则结束循环。
  3. 执行完循环体后再执行“表达式 3”。
  4. 重复执行步骤 2) 和 3)，直到“表达式 2”的值为假，就结束循环。

  上面的步骤中，2) 和 3) 是一次循环，会重复执行，for 语句的主要作用就是不断执行步骤 2) 和 3)。

  void main(int n){int i;for (i=0;i<n;i=i+1){print 'd' : i;}print 'd' : n;
  }
  

• DoWhile

  dowhile 循环的语句结构为：

  do
  {
  语句块;
  }
  while (表达式);

  进入循环时，程序会先执行一次循环体，然后会对表达式进行判断，若表达式满足条件，继续执行，反之退出循环

  void main(int n){int i;i=0;do{i=i+2;print 'd' : i;}while(i<n);print 'd' : n;
  }
  

• DoUntil

  DoUntil 循环的语句结构为：

  do
  {
  语句块;
  }
  until(表达式);

  进入循环时，程序会先执行一次循环体，然后会对表达式进行判断，若表达式不满足条件，继续执行，反之退出循环

  void main(int n){int i;i=0;do{print 'd' : i;i=i+1;}until(i>n);print 'd' : n;
  }
  

• 三目运算符

  三目运算符的格式为：

  <表达式1> ? <表达式2> : <表达式3>;
  

  返回值：先求表达式 1 的值，如果为真，则执行表达式 2，并返回表达式 2 的结果；如果表达式 1 的值为假，则执行表达式 3，并返回表达式 3 的结果。

  void main(int n){int x;x=n>6 ? 0:1;print 'd' : x;
  }
  

• 位运算 << >>

  >> 右移操作会将运算数的二进制向右移动 n 位，<< 左移操作会将运算数的二进制向左移动 n 位

  int main(){int n;n=30;print 'd' : n;print 'd' :n<<3;print 'd' :n>>2;
  }
  

• switch-case

  多分支选择的 switch 语句的格式为

  switch(表达式){
  case 常量表达式 1: 语句 1;
  case 常量表达式 2: 语句 2;
  …
  case 常量表达式 n: 语句 n;
  default: 语句 n+1;
  }

  计算表达式的值, 并逐个与其后的常量表达式值相比较，当表达式的值与某个常量表达式的值相等时， 即执行其后的语句，然后不再进行判断，继续执行后面所有 case 后的语句。如表达式的值与所有 case 后的常量表达式均不相同时，则执行 default 后的语句。

  void main(int n){switch(n){case 1: {print 'd' : 1;break;}case 2: {print 'd' :0;break;}default: print 'd' : 233;}print 'd' : n;
  }
  

• 模式匹配 match

  match 语句的格式为

  match ecp with:

  | 条件 1 -> 语句块 1

  …

  | _ -> 语句块 n

  逐个比较判断体 ecp 与下面哪个条件一致则执行对应语句块，若都不一致，则执行 _ 后的语句块 n

  void main(int ecp){match ecp with| 1 -> {print 'd' : ecp;break;}| 2 -> {print 'd' : ecp+1;break;}| _ -> print 'd' : 0;print 'd' : ecp;
  }
  

• 自增自减 ++ –

  ++ 和–可以实现参数的 +1，如 I++ 等价于 I=I+1

  其中 I++ 表示返回 I 的值，然后 I+1，++I 表示先 I+1 然后返回 I 的值

  void main(int n){print 'd' : n;n=n++;print 'd' : n;n=++n;print 'd' : n;n=n--;print 'd' : n;n=--n;print 'd' : n;
  }
  

• += -= *= /= 语法糖

  I+=n 等价于 I=I+n、I-=n 等价于 I=I-n、I*=n 等价于 I=I*n、I/=n 等价于 I=I/n

  void main(int n){int a;a=1;a+=n;print 'd' :a;int b;b=2;b-=n;print 'd':b;int c;c=4;c*=n;print 'd':c;int d;d=6;d/=n;print 'd':d;
  }
  

• 占位符 PASS

  占位符思想来源于 python，用于占位，没有实际含义。

  int main(){int i;for (i = 0; i < 10; i++) {pass;}print 'c':'1';
  }
  

• continue

  跳过本次循环剩下语句，直接进入下一次循环

  void main(){int i;i=0;do{i=i+1;if (i%2==0) continue;print 'd' : i;}while(i<100);
  }
  

• print

  为了适应新的数据类型，所以我们重写了 print，在此处我们定义了三种类型符：c-char，d-int，f-float

  void main(){print 'd' :1;
  }