### 编译原理实验——词法分析、语法分析与语义分析
#### 一、引言
在编译原理的学习过程中，词法分析、语法分析和语义分析是三个非常重要的阶段，它们分别对应着对源代码进行不同层面的解析与处理。本文将通过一份具体的实验报告来详细探讨这三个阶段的具体实现方法及其背后的理论依据。
#### 二、词法分析
词法分析是编译过程的第一步，其主要任务是从源代码中提取出一个个有意义的符号，例如关键字、标识符、运算符等，并将其转换成便于后续处理的形式。这一步骤对于后续的语法分析和语义分析至关重要。
#### 三、语法分析
语法分析是在词法分析的基础上，进一步分析这些符号的组合是否符合特定编程语言的语法规则。语法分析器通常会根据语言的文法构建一棵语法树，以此来表示整个程序的结构。这一过程能够帮助我们理解程序的基本框架以及各个组成部分之间的关系。
#### 四、语义分析
语义分析是在确保程序语法正确的基础上，进一步检查程序是否有逻辑上的错误，例如类型不匹配、变量未定义等。此外，语义分析还负责生成中间代码或者目标代码。下面我们将通过一份具体的语义分析实验报告来深入探讨语义分析的相关内容。
#### 五、语义分析实验说明
**1. 语义分析的功能与目的**
语义分析的主要功能在于验证程序的逻辑正确性，确保其不仅语法上没有问题，在实际执行时也不会出现逻辑上的错误。具体而言，语义分析需要完成以下几项任务：
- **变量管理**：确保每个变量在使用前已经被正确定义，并且不会发生重复定义的情况。
- **类型检查**：确认程序中的各种操作符与其操作对象的类型相匹配，避免类型不一致导致的错误。
- **生成目标代码**：在完成语义分析后，需要生成可执行的目标代码。
**2. TEST语言的语义与代码生成**
实验报告中提到了一种名为TEST的语言，该语言的语义分析涉及到一系列具体的规则。下面将详细介绍其中几个关键的规则及其对应的动作。
**2.1 动作符号解释**
- **<declaration_stat>↓fhbp,datap->int ID↑n @name-def↓n,t;**
- **fhbp**：符号表的最后一个记录的下一个位置，每当有一个新记录加入符号表，该值加1。
- **datap**：已经分配的地址空间，初始值为0，每声明一个变量，根据变量类型（整型加2，实型加4等）进行累加。
- **@name-def↓n,t**：查询符号表，如果没有找到，则将标识符名n及类型1、当前的datap值填入符号表的下一个空白位置，并更新fhbp和datap的值；如果已存在，则报告错误“变量重复定义”。
**2.2 表达式相关规则**
- **<expression>::=ID↑n@LOOK↓n↑d@ASSIGN=<bool_expr>@STO↓d|<bool_expr>**
- **@LOOK↓n↑d**：查找符号表中标识符n的地址d，如果找不到，则报告“变量未定义”错误。
- **@ASSIGN**：如果下一个符号为“=”，则进入赋值表达式的处理；否则选择<比较表达式>。
- **@STO↓d**：输出存储指令`STOd`，并递增指令计数器codep。
**2.3 控制流语句**
- **if(<expression>)@BRF↑label1 <statement>@BR↑label2 @SETlabel↓label1 [else <statement>] @SETlabel↓label2**
- **@BRF↑label1**：如果表达式的值为假，则跳转到`label1`。
- **@BR↑label2**：无条件跳转到`label2`。
- **@SETlabel↓label1** 和 **@SETlabel↓label2**：设置标号`label1`和`label2`。
**2.4 循环语句**
- **while(@SETlabel↑label1 (<expression>)@BRF↑label2 <statement>@BR↓label1 @SETlabel↓label2)**
- **@SETlabel↑label1**：设置循环开始的标号。
- **@BRF↑label2**：如果表达式的值为假，则跳转到循环结束的标号。
- **@BR↓label1**：无条件跳转回到循环开始处。
- **@SETlabel↓label2**：设置循环结束的标号。
**六、总结**
通过对词法分析、语法分析和语义分析的探讨，我们可以看出，这三个阶段共同构成了编译过程的核心部分。词法分析负责将源代码转换为有意义的符号，语法分析进一步分析这些符号的组合是否符合语言规范，而语义分析则是确保程序逻辑正确性的关键步骤。通过本实验，不仅加深了对编译原理的理解，也为实际编写编译器打下了坚实的基础。
