<编译原理

<编译原理 - 函数绘图语言解释器（1）词法分析器 - python>

• <编译原理 - 函数绘图语言解释器（2）语法分析器 - python>

• <编译原理 - 函数绘图语言解释器（3）解释器 - python>

背景

• 编译原理上机实现一个对函数绘图语言的解释器 - 用除C外的不同种语言实现

• 解释器分为三个实现块：

  • 词法分析器：用于识别一条语句中的关键词是否符合预先定义的规则。

  • 语法分析器：用来确定一条语句是否满足语法规则。

  • 解释器：用来确定满足语法规则的句子，在意思上是否符合要求。

• 设计思路：

  1. 设计记号：词法分析器读取一个序列并根据构词规则把序列转化为记号流

  2. 定义一个字典：把所有符合一个模式的保留字、常量名、参数名、函数名等放进字典。字典是个数组，其元素的类型和记号的类型相同

  3. 设计程序的结构，具体见下面的代码

• 用Pycharm写了三个.py文件：

  • scannerclass.py

  • scannerfunc.py

  • scannermain.py

  • 输入流是序列（存储在.txt文本），输出流是“字典”（一个个识别好的记号对象）

  • 测试文本序列（1）：
    FOR T FROM 0 TO 2*PI STEP PI/50 DRAW(COS(t),sin(t));

  • 测试文本序列（2）：

//------------------This is zhushi!!------------------------
ORIGIN IS (100,300); // Sets the offset of the origin
ROT IS 0; // Set rotation Angle.
SCALE IS (1,1); // Set the abscissa and ordinate scale.
FOR T FROM 0 TO 200 STEP 1 DRAW (T,0); // The trajectory of the x-coordinate.
FOR T FROM 0 TO 150 STEP 1 DRAW (0,-T); // The trajectory of the y-coordinate.
FOR T FROM 0 TO 120 STEP 1 DRAW (T,-T); // The trajectory of the function f[t]=t.
```

函数绘图语言介绍

• 语句介绍
  

• 函数绘图源程序举例介绍
  

• 画出的图形介绍
  

Step 1 ：scannerclass.py - 构造枚举类 记号类 符号表

from enum import Enum
import math

Token_Type = Enum('Token_Type', ('ORIGIN', 'SCALE', 'ROT', 'IS', 'TO', 'STEP', 'DRAW', 'FOR', 'FROM',   #保留字
                                 'T',   #参数
                                 'SEMICO', 'L_BRACKET','R_BRACKET','COMMA', #分隔符
                                 'PLUS','MINUS','MUL','DIV','POWER',    #运算符
                                 'FUNC',    #函数符
                                 'CONST_ID',    #常数
                                 'NONTOKEN',    #空记号
                                 'ERRTOKEN'))   #出错记号

class Tokens:   #记号类
    #type：记号类别
    #lexeme：输入的字符串/属性
    #value：常数值
    #funcptr：函数指针
    def __init__(self,type,lexeme,value,funcptr):
        self.lexeme=lexeme
        self.value=value
        self.funcptr=funcptr
        if type in Token_Type:
            self.type = type
        else:
            print("Invalid type")     # 后续待填充

Alphabet=dict([('PI',Tokens(Token_Type.CONST_ID,"PI",3.1415926,None)),      ## 符号表
           ('E',Tokens(Token_Type.CONST_ID,"E",2.71828,None)),		## 左key右value
           ('T',Tokens(Token_Type.T,'T',0.0,None)),
           ('SIN',Tokens(Token_Type.FUNC,'SIN',0.0,math.sin)),   # math.sin / math.sinh
           ('COS',Tokens(Token_Type.FUNC,'COS',0.0,math.cos)),
           ('TAN',Tokens(Token_Type.FUNC,'TAN',0.0,math.tan)),
           ('LN',Tokens(Token_Type.FUNC,'LN',0.0,math.log)),
           ('EXP',Tokens(Token_Type.FUNC,'EXP',0.0,math.exp)),
           ('SQRT',Tokens(Token_Type.FUNC,'SQRT',0.0,math.sqrt)),     # 后续操作待填充
           ('ORIGIN',Tokens(Token_Type.ORIGIN,'ORIGIN',0.0,None)),
           ('SCALE',Tokens(Token_Type.SCALE,'SCALE',0.0,None)),
           ('ROT',Tokens(Token_Type.ROT,'ROT',0.0,None)),
           ('IS',Tokens(Token_Type.IS,'IS',0.0,None)),
           ('FOR',Tokens(Token_Type.FOR,'FOR',0.0,None)),
           ('FROM',Tokens(Token_Type.FROM,'FROM',0.0,None)),
            ('TO',Tokens(Token_Type.TO,'TO',0.0,None)),
            ('STEP',Tokens(Token_Type.STEP, 'STEP', 0.0, None)),
            ('DRAW',Tokens(Token_Type.DRAW, 'DRAW', 0.0, None))])

Step 2 ：scannerfunc.py - 构造词法分析器类

import scannerclass as sc
import os


class scanner():

    ##——————初始化词法分析器
    def __init__(self,file_name):   #输入要输入字符流的文件名
        self.LineNo = 0 #记录字符所在行的行号
        self.TokenBuffer = '' #待识别记号缓存区
        self.file_name=r'C:Users62473Desktop\'+file_name     #此处根据个人情况做调整
        if os.path.exists(self.file_name):
            self.fp = open(self.file_name, "r")     #文件指针
        else:
            self.fp = None

    ##——————关闭词法分析器
    def CloseScanner(self):
        if self.fp!=None:
            self.fp.close()

    ##——————从输入流中读入一个字符
    def GetChar(self):
        Char = self.fp.read(1)
        return Char

    ##——————输入流回退一个字符
    def BackChar(self,Char):        ## 非二进制打开方式不能直接seek目前位置回溯，所以用tell()-1方式从头跳转前一位置
        if Char != '':
            self.fp.seek(self.fp.tell()-1)

    ##——————加入字符到TokenBuffer待识别字符串中
    def AddCharToString(self,Char):
        self.TokenBuffer+=Char

    ##——————清空TokenBuffer字符串
    def EmptyString(self):
        self.TokenBuffer=''

    ##——————识别的字符串查表
    def JudgeKeyToken(self):
        Token=sc.Alphabet.get(self.TokenBuffer,sc.Tokens(sc.Token_Type.ERRTOKEN,self.TokenBuffer,0.0,None))
        return Token


    ##——————获取记号
    # 此函数由DFA转化而来(有必要的话可以写个模拟dfa函数)此函数输出一个记号。每调用该函数一次，仅仅获得一个记号。
    # 因此，要获得源程序的所有记号，就要重复调用这个函数。上面声明的函数都被此函数调用过
    # 因为没有自定义变量，所以只需要查表不需要构造其他东西
    # 输出一个记号，没有输入
    def GetToken(self):

        Char = ''   ##字符流
        type = ''   ##指向返回输出的Tokens对象
        self.EmptyString()  #清空缓冲区
        while(1):
            Char = self.GetChar()
            if Char == '':
                type = sc.Tokens(sc.Token_Type.NONTOKEN,Char,0.0,None)
                return type
            if Char == '
':
                self.LineNo=self.LineNo+1
            if ~Char.isspace():
                break
        self.AddCharToString(Char) ##若不是空格、TAB、回车、文件结束符等，则先加入到记号的字符缓冲区中
        if Char.isalpha():## 判断是否是英文
            while(1):
                Char = self.GetChar()
                if Char.isalnum():
                    self.AddCharToString(Char)
                else:
                    break
            self.BackChar(Char)
            type = self.JudgeKeyToken()
            type.lexeme = self.TokenBuffer
            return type

        elif Char.isdigit():
            while(1):
                Char = self.GetChar()
                if Char.isdigit():
                    self.AddCharToString(Char)
                else:
                    break
            if Char == '.':
                self.AddCharToString(Char)
                while(1):
                    Char = self.GetChar()
                    if Char.isdigit():
                        self.AddCharToString(Char)
                    else:
                        break
            self.BackChar(Char)
            type = sc.Tokens(sc.Token_Type.CONST_ID,self.TokenBuffer,float(self.TokenBuffer),None)
            return type

        else:
            if Char == ';':
                type = sc.Tokens(sc.Token_Type.SEMICO,Char,0.0,None)
            elif Char == '(':
                type = sc.Tokens(sc.Token_Type.L_BRACKET,Char,0.0,None)
            elif Char == ')':
                type = sc.Tokens(sc.Token_Type.R_BRACKET, Char, 0.0, None)
            elif Char == ',':
                type = sc.Tokens(sc.Token_Type.COMMA, Char, 0.0, None)
            elif Char == '+':
                type = sc.Tokens(sc.Token_Type.PLUS, Char, 0.0, None)
            elif Char == '-':   ##可能是行分割或减号
                Char = self.GetChar()
                if Char == '-':
                    while Char != '
' and Char != '':
                        Char = self.GetChar()
                    self.BackChar(Char)
                    return self.GetToken()
                else:
                    self.BackChar(Char)
                    type = sc.Tokens(sc.Token_Type.MINUS, '-', 0.0, None)
            elif Char == '/':   ##可能是注释分割或除号
                Char = self.GetChar()
                if Char == '/':
                    while Char != '
' and Char != '':
                        Char = self.GetChar()
                        self.BackChar(Char)
                        return self.GetToken()
                else:
                    self.BackChar(Char)
                    type = sc.Tokens(sc.Token_Type.DIV, '/', 0.0, None)
            elif Char == '*':
                Char = self.GetChar()
                if (Char == '*'):
                        type = sc.Tokens(sc.Token_Type.POWER, '**', 0.0, None)
                else:
                    self.BackChar(Char)
                    type = sc.Tokens(sc.Token_Type.MUL, '*', 0.0, None)
            else:
                type = sc.Tokens(sc.Token_Type.ERRTOKEN, Char, 0.0, None)
        return type

Step 3 ：scannermain.py - 完成I/O流

import scannerclass as sc
import scannerfunc as sf

file_name = 'test.txt'		##放在桌面的测试文本
scanner = sf.scanner(file_name)

if scanner.fp != None:
    print('       记号类别              字符串     常数值  函数指针
')
    print('——————————————————————')
    while(1):
        token = scanner.GetToken()  #输出一个记号
        if token.type == sc.Token_Type.ERRTOKEN:     ##优化空格
            #记号的类别不是错误或者空格，就打印出他的内容
            continue
        elif token.type != sc.Token_Type.NONTOKEN:        ## 到了语法分析时这块需要改成ERRTOKEN，因为需要输出NONTOKEN
            print("{:20s},{:>12s},{:12f},{}".format(token.type, token.lexeme,token.value,token.funcptr))
        else:
            break                                         ## 文件结束符直接跳下一行读取数据放在语法分析器里面完成之前的bug
else:
    print('Open Error!')
	

实现结果

• 对于测试文本（1）FOR T FROM 0 TO 2*PI STEP PI/50 DRAW(COS(t),sin(t));的测试运行结果如下：
  

• 换一组测试文本（2）进行的测试运行结果如下：