Разработка транслятора на языке Си

Ниже приведен пример работы транслятора с языка программирования Пскаль на язык С++.

3. Внешняя спецификация

Программа представляет собой исполняющий файл p2c.exe. При запуске программы открывается окно, изображенное на рисунке 3.

Рисунок 3 - Интерфейс программы

Для работы программы необходимо, что бы в папке с исполняющим файлом находился текстовый документ с именем "CodePas.txt", содержащий исходный код на языке программирования Паскаль.

В случае отсутствия соответствующего файла, программа при запске выдаст сообщение об ошибке (см. рисунок 4).

Рисунок 4 - Сообщение об ошибке

В окне программы расположены два элемента "Edit Box", в которые выводится исходный и преобразованный код. Эти элементы защищены от редактирования пользователем, т.к. по условию курсового проекта исходный код должен читаться из файла и преобразованный код тоже выгружаться в файл.

Также, в окне программы расположены две кнопки "Translate" и "Close". При нажатии на кнопку "Translate" запускается серия подпрограмм, которые осуществляют трансляцию исходного кода. При нажатии на кнопку "Close" окно программы закрывается.

Аппаратные и системные требования для запуска программы: ОС Windows XP, Windows Vista и 7. Процессор не менее 1 ГГц, ОЗУ 256Мб и более. Также необходима установка библиотеки компонентов Microsoft Net.Framework 2.0.

4. Описание алгоритма

Семантика языков программирования изменяется в очень широких пределах. Они отличаются не только по особенностям реализации отдельных операций, но и по парадигмам программирования, определяющим принципиальные различия в методах разработки программ. Специфика реализации операций может касаться как структуры обрабатываемых данных, так и правил обработки одних и тех же типов данных. Большинство языков работают в основном со скалярами, предоставляя для обработки массивов процедуры и функции, написанные программистами. Но даже при выполнении операции сложения двух целых чисел такие языки, как C++ и Паскаль могут вести себя по-разному. Наряду с традиционным процедурным программированием, называемым также императивным, существуют такие парадигмы как функциональное программирование, логическое программирование и объектно-ориентированное программирование. Структура понятий и объектов языков сильно зависит от избранной парадигмы, что также влияет на реализацию транслятора. Даже один и тот же язык может быть реализован нескольким способами. Это связано с тем, что теория формальных грамматик допускает различные методы разбора одних и тех же предложений. В соответствии с этим трансляторы разными способами могут получать один и тот же результат (объектную программу) по первоначальному исходному тексту. Вместе с тем, все языки программирования обладают рядом общих характеристик и параметров. Эта общность определяет и схожие для всех языков принципы организации трансляторов.

1. Языки программирования предназначены для облегчения программирования. Поэтому их операторы и структуры данных более мощные, чем в машинных языках.

2. Для повышения наглядности программ вместо числовых кодов используются символические или графические представления конструкций языка, более удобные для их восприятия человеком.

3. Для любого языка определяется:

- Множество символов, которые можно использовать для записи правильных программ (алфавит), основные элементы.

- Множество правильных программ (синтаксис).

- "Смысл" каждой правильной программы (семантика).

Язык программирования, как и любая сложная система, определяется через иерархию понятий, задающую взаимосвязи между его элементами. Эти понятия связаны между собой в соответствии с синтаксическими правилами. Каждая из программ, построенная по этим правилам, имеет соответствующую иерархическую структуру.

При запуске программы исходный текстовый файл считывается построчно и записывается в массив с именем CodeP типа CString. Массив ограничен 100 элементами, а значит, что длина исходного кода не должна превышать 100 строк. Далее каждая строчка массива анализируется несколькими подпрограммами и уже в преобразованном виде записывается в массив CodeC типа CString. После завершения работы всех анализирующих подпрограмм, массив CodeC построчно записывается в файл результата и выводится в окне "Edit".

5. Структура программы и описание функций и операторов

Структуру классов программы очень удобно просмотреть в закладке "Class View" среды MS Visual Studio 2008. В этой среде автоматизирован процесс построения диаграммы классов для того, чтобы наглядней можно было проследить наследование (см. рисунок - 5).

Рисунок 5 - Диаграмма классов программы

Назначение подпрограмм:

fRead - данная подпрограмма производит построчное считывание информации из текстового файла. Считанная информация записывается в строковый массив и выводится на экран.

fWrite - подпрограмма производит выгрузку обработанного текста в файл, а также вывод результата транслирования на экран.

fMain - производит поиск и замену операторных скобок, а также вставляет функцию "void main()".

fComment - производит поиск и замену комментариев, в соответствии с синтаксисом языка программирования С++.

fvar - данная подпрограмма производит поиск и обработку объявления переменных типа integer, а также объявления массивов. В данной подпрограмме также реализован поиск и замена оператора присваивания.

fWhile - данная подпрограмма ищет и модифицирует оператор цикла "while", а также основные логические операторы приводит в соответствие с синтаксисом языка С++.

Описание переменных:

CString CodeP[n] - Строковый массив, в который с помощью функции fRead() помещается исходный код на языке Паскаль, который содержится в текстовом файле

CString CodeC[n] - Строковый массив, который содержит результат транслирования исходного кода на языке Паскаль в исходный код на языке С++. Содержимое этого массива построчно выводится в файл.

CString* pCodeC - Указатель на строку в строковом массиве. Передается функциям в качестве аргумента.

CString* pCodeP - Указатель на строку в строковом массиве. Передается функциям в качестве аргумента.

CString szOut - Результирующая строка. Необходима для вывода содержимого исходного файла и результатов транслирования в диалоговое окно программы. Функции и процедуры:

ATL::CString::Append(CString str) - Данная функция добавляет строку str в конец текущей строки.

ATL::CString::AppendChar(char chr) - Данная функция добавляет символ chr в конец текущей строки.

ATL::CString::Find(CString str) - Ищет первое совпадение в текущей строке с символами строки str. Функция возвращает порядковый номер первого символа совпавшей комбинации.

ATL::CString::Delete(int k, const 1) - Удаляет колличество символов, указонное во втором аргументе, начиная с k-го символа.

ATL::CString::Insert(int k, CString str) - Вставляет подстроку str в текущую строку начиная с символа k.

ATL::CString::GetLength() - Возвращает длину текущей строки.

6. Листинг программы

Заголовочный файл приложения p2c.h

// p2c.h : main header file for the PROJECT_NAME application

//

#pragma once

#ifndef __AFXWIN_H__

#error "include 'stdafx.h' before including this file for PCH"

#endif

#include "resource.h"// main symbols

// Cp2cApp:

// See p2c.cpp for the implementation of this class

//

class Cp2cApp : public CWinApp

{

public:

Cp2cApp();

// Overrides

public:

virtual BOOL InitInstance();

// Implementation

DECLARE_MESSAGE_MAP()

};

extern Cp2cApp theApp;

Заголовочный файл диалогового окна p2cDlg.h

/ p2cDlg.h : header file

//

#pragma once

// Cp2cDlg dialog

class Cp2cDlg : public CDialog

{

// Construction

public:

Cp2cDlg(CWnd* pParent = NULL);// standard constructor

CString CodeC[100];//Объявляем строковой массив из 100 элементов, для хранения исходного кода на С++.

CString* pCodeP;//Указатель на массив CodeC

CString CodeP[100];//Объявляем строковой массив из 100 элементов, для хранения исходного кода на Паскале.

CString* pCodeC;//Указатель на массив CodeP

// Dialog Data

enum { IDD = IDD_P2C_DIALOG };

protected:

virtual void DoDataExchange(CDataExchange* pDX);// DDX/DDV support

// Implementation

protected:

HICON m_hIcon;

// Generated message map functions

virtual BOOL OnInitDialog();

afx_msg void OnPaint();

afx_msg HCURSOR OnQueryDragIcon();

DECLARE_MESSAGE_MAP()

public:

void fRead(UINT nID, CString* String);

void fWrite(UINT nID, CString* String);

afx_msg void OnBnClickedButton1();

void fComment(CString* String);

void fvar(CString* String);

void fMain(CString* String);

void fWhile(CString* String);

afx_msg void OnBnClickedButton2();

};

Исполняющий файл приложения p2c.cpp

// p2c.cpp : Defines the class behaviors for the application.

//

#include "stdafx.h"

#include "p2c.h"

#include "p2cDlg.h"

#ifdef _DEBUG

#define new DEBUG_NEW

#endif

// Cp2cApp

BEGIN_MESSAGE_MAP(Cp2cApp, CWinApp)

ON_COMMAND(ID_HELP, &CWinApp::OnHelp)

END_MESSAGE_MAP()

// Cp2cApp construction

Cp2cApp::Cp2cApp()

{

// TODO: add construction code here,

// Place all significant initialization in InitInstance

}

// The one and only Cp2cApp object

Cp2cApp theApp;

// Cp2cApp initialization

BOOL Cp2cApp::InitInstance()

{

// InitCommonControlsEx() is required on Windows XP if an application

// manifest specifies use of ComCtl32.dll version 6 or later to enable

// visual styles. Otherwise, any window creation will fail.

INITCOMMONCONTROLSEX InitCtrls;

InitCtrls.dwSize = sizeof(InitCtrls);

// Set this to include all the common control classes you want to use

// in your application.

InitCtrls.dwICC = ICC_WIN95_CLASSES;

InitCommonControlsEx(&InitCtrls);

CWinApp::InitInstance();

AfxEnableControlContainer();

// Standard initialization

// If you are not using these features and wish to reduce the size

// of your final executable, you should remove from the following

// the specific initialization routines you do not need

// Change the registry key under which our settings are stored

// TODO: You should modify this string to be something appropriate

// such as the name of your company or organization

SetRegistryKey(_T("Local AppWizard-Generated Applications"));

Cp2cDlg dlg;

m_pMainWnd = &dlg;

INT_PTR nResponse = dlg.DoModal();

/*if (nResponse == IDOK)

{

// TODO: Place code here to handle when the dialog is

// dismissed with OK

}

else if (nResponse == IDCANCEL)

{

// TODO: Place code here to handle when the dialog is

// dismissed with Cancel

}

// Since the dialog has been closed, return FALSE so that we exit the

// application, rather than start the application's message pump.

*/return FALSE;

}

Исполняющий файл диалогового окна p2cDlg.cpp

// p2cDlg.cpp : implementation file

//

#include "stdafx.h"

#include "p2c.h"

#include "p2cDlg.h"

#ifdef _DEBUG

#define new DEBUG_NEW

#endif

// Cp2cDlg dialog

Cp2cDlg::Cp2cDlg(CWnd* pParent /*=NULL*/)

: CDialog(Cp2cDlg::IDD, pParent)

{

pCodeP=&CodeP[0];//Создаем указатели на нулевые строки массивов.

pCodeC=&CodeC[0];

for (int i=0; i<100; i++)//Инициализируем элементы строковых массивов пустыми значениями.

{

CodeC[i]="";

CodeP[i]="";

}

m_hIcon = AfxGetApp()->LoadIcon(IDR_MAINFRAME);

}

void Cp2cDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)

{

CDialog::DoDataExchange(pDX);

}

BEGIN_MESSAGE_MAP(Cp2cDlg, CDialog)

ON_WM_PAINT()

ON_WM_QUERYDRAGICON()

//}}AFX_MSG_MAP

ON_BN_CLICKED(IDC_BUTTON1, &Cp2cDlg::OnBnClickedButton1)

ON_BN_CLICKED(IDC_BUTTON2, &Cp2cDlg::OnBnClickedButton2)

END_MESSAGE_MAP()

// Cp2cDlg message handlers

BOOL Cp2cDlg::OnInitDialog()

{

CDialog::OnInitDialog();

fRead(IDC_EDIT1,pCodeP);//Первый аргумент - элемент диалога,

//в который будет выводиться текст, второй - указатель на массив строк.

// Set the icon for this dialog. The framework does this automatically

// when the application's main window is not a dialog

SetIcon(m_hIcon, TRUE);// Set big icon

SetIcon(m_hIcon, FALSE);// Set small icon

// TODO: Add extra initialization here

return TRUE; // return TRUE unless you set the focus to a control

}

// If you add a minimize button to your dialog, you will need the code below

// to draw the icon. For MFC applications using the document/view model,

// this is automatically done for you by the framework.

void Cp2cDlg::OnPaint()

{

if (IsIconic())

{

CPaintDC dc(this); // device context for painting

SendMessage(WM_ICONERASEBKGND, reinterpret_cast<WPARAM>(dc.GetSafeHdc()), 0);

// Center icon in client rectangle

int cxIcon = GetSystemMetrics(SM_CXICON);

int cyIcon = GetSystemMetrics(SM_CYICON);

CRect rect;

GetClientRect(&rect);

int x = (rect.Width() - cxIcon + 1) / 2;

int y = (rect.Height() - cyIcon + 1) / 2;

// Draw the icon

dc.DrawIcon(x, y, m_hIcon);

}

else

{

CDialog::OnPaint();

}

}

// The system calls this function to obtain the cursor to display while the user drags

// the minimized window.

HCURSOR Cp2cDlg::OnQueryDragIcon()

{

return static_cast<HCURSOR>(m_hIcon);

}

void Cp2cDlg::OnBnClickedButton1()//Обработчик нажатия на кнопку.

{ int i=0;//Объявляем и инициализируем счетчик.

while (CodeP[i]!="")//Пока элемент массива не пустой

{

CodeC[i]=CodeP[i];//Присваиваем строки

CString* pTemp=&CodeC[i];//Создаем временный указатель на текущую строку.

fComment(pTemp);//Запускаем функции, передавая в кач-ве аргумента указатель на текущую строку.

fWhile(pTemp);

fvar(pTemp);

fMain(pTemp);

i++;

}

fWrite(IDC_EDIT2,pCodeC);//Вызываем функцию вывода результата и записи его в файл

}

void Cp2cDlg::fRead(UINT nID, CString* String)//Функция производит чтение строк из файла.

//Она же построчно заносит содержимое файла в строковый массив.

{

CString szOut=""; //Создаем пустую строку, для вывода результата.

CStdioFile Inputfile; //Создаем объект для файла.

CFileException FileExc; //Объект исключений для файла

UINT nOpenFlags; //Флаг открытия

CString s; //Временная строка

nOpenFlags = CFile::modeRead;

//Если файл не открывается

if (!Inputfile.Open("CodePas.txt", nOpenFlags, &FileExc))

{

FileExc.ReportError();//Выводим стандартное сообщение об ошибке

return;

}

//Пока возможно чтение строки...

int i=0;

while (Inputfile.ReadString(s))

{

String[i]=s;//Присваиваем строку из файла элементу строкового массива.

szOut.Append(String[i]);//Добавляем текущую строку в строку результата.

szOut.AppendChar('\r');//Добавляем разрывы строки

szOut.AppendChar('\n');//Добавляем разрывы строки

i++;

}

Inputfile.Close();//Закрываем текстовый файл.

SetDlgItemText(nID,szOut);//Выводим текст в элемент диалогового окна.

}

void Cp2cDlg::fWrite(UINT nID, CString* String)//Функция производит запись результата в файл.

{

CString szOut="";//Создаем пустую строку, для вывода результата.

CStdioFile Outputfile;//Создаем объект для файла.

CFileException FileExc; //Объект исключений для файла

UINT nOpenFlags;//Флаг открытия

nOpenFlags = CFile::modeWrite | CFile::modeCreate;//Создаем файл

//Если файл не открывается

if (!Outputfile.Open("CodeC.txt", nOpenFlags, &FileExc))

{

FileExc.ReportError();//Выводим стандартное сообщение об ошибке

return;

}

int i=0;

while (String[i]!="")//Пока строка не пуста

{

szOut.Append(String[i]);//Добавляем текущую строку в строку результата.

szOut.AppendChar('\r');//Добавляем разрывы строки

szOut.AppendChar('\n');//Добавляем разрывы строки

Outputfile.WriteString(String[i]+'\n');//Записываем строку в файл, добавляя \n в конец.

i++;

}

Outputfile.Close();//Закрываем файл

SetDlgItemText(nID,szOut);//Выводим текст в элемент диалогового окна.

}

void Cp2cDlg::fComment(CString* String)//Функция для обработки комментариев.

{ int nach=-1,kon=-1;//Переменные, в которых будет храниться порядковый номер определенных комбинаций символов.

nach=String->Find("{");//Присваиваем переменной номер искомого символа, если символ присутствует в строке,

//то значение будет больше нуля.

if (nach>=0)//Если символ присутствует

{

String->Insert(nach,'/');//Вставляем необходимые символы

String->Insert(nach+1,'*');

String->Delete(nach+2,1);//Удаляем скобки комментариев на языке Паскаль.

}

kon=String->Find("}");//Аналогичные действия, только для закрывающихся скобок.

if (kon>=0)

{

String->Delete(kon,1);

String->Insert(kon,'*');

String->Insert(kon+1,'/');

}

nach=-1,kon=-1;

nach=String->Find("(*");//Выполняем аналогичные действия с другим видом комментариев на Паскале.

if (nach>=0)

{

String->Delete(nach,2);

String->Insert(nach,'/');

String->Insert(nach+1,'*');

}

kon=String->Find("*)");

if (kon>=0)

{

String->Insert(kon,'*');

String->Insert(kon+1,'/');

String->Delete(kon+2,2);

}

}

void Cp2cDlg::fvar(CString* String)//Функция обрабатывает объявление переменных и массива целочисленного типа и оператора присваивания.

{

int rav=-1,inte=-1,arr=-1,var=-1;//Переменные, в которых будет храниться порядковый номер определенных комбинаций символов.

rav=String->Find(":=");//Ищем оператор присваивания

var=String->Find("var");//Ищем объявление переменных

if (rav>=0)

{

String->Delete(rav,2);//Удаляем оператор присваивания

}

if (var>=0)

{

String->Delete(var,4);//Удаляем оператор объявления переменных VAR.

}

inte=String->Find("integer");//Ищем объявление целочисленного типа

if (inte>=0)

{

String->Delete(inte,7);//Удаляем объявление целочисленного типа

String->Delete(String->Find(":"));//Удаляем лишние символы

String->Insert(0,"int ");//Вставляем в начало строки объявление целочисленного типа для С++

}

arr=String->Find("array");//Ищем объявление массива

if (arr>=0)

{

String->Delete(arr,5);//Удаляем array

String->Delete(String->Find("of"),2);//Удаляем лишние символы

String->Delete(String->Find("..")-1,1);

String->Delete(String->Find(".."),2);

}

}

void Cp2cDlg::fMain(CString* String)//Функция ищет и заменяет операторные скобки и объявляет функцию void main()

{

int prg=-1,beg=-1,end=-1,end1=-1; //Переменные, в которых будет храниться порядковый номер определенных комбинаций символов.

prg=String->Find("program");//Производим поиск ключевых слов

beg=String->Find("begin");

end=String->Find("end;");

end1=String->Find("end.");

if (prg>=0)

{

String->Delete(0,String->GetLength());//Очищаем строку

String->Append("void main(void)");//Вставляем объявление ф-ции void main()

}

if (beg>=0)

{

String->Delete(beg,5);//Удаляем операторные скобки на языке Паскаль

String->Insert(beg,"{");//Вставляем операторные скобки на языке С++

}

if (end>=0)

{

String->Delete(end,4);//Удаляем операторные скобки на языке Паскаль

String->Insert(end,"}");//Вставляем операторные скобки на языке С++

}

if (end1>=0)

{

String->Delete(end,4);//Удаляем операторные скобки на языке Паскаль

String->Insert(end,"}");//Вставляем операторные скобки на языке С++

}

}

void Cp2cDlg::fWhile(CString* String)//Функция обрабатывает цикл while и логические операторы

{

int wh=-1,le1=-1,le2=-1;//Переменные, в которых будет храниться порядковый номер определенных комбинаций символов.

wh=String->Find("while");//Производим поиск ключевых слов

if (wh>=0)

{

String->Insert(6,"(");

String->Insert(String->Find("do")-1,")");

String->Delete(String->Find("do"),2);

}

le1=String->Find("<>");//Производим поиск логического оператора "не равно"

if (le1>=0)

{

String->Insert(String->Find("<>"),"!=");//Вставляем логический оператор "не равно" на языке С++

String->Delete(String->Find("<>"),2);//Удаляем логический оператор "не равно" на языке Паскаль

}

le2=String->Find("=");//Производим поиск логического оператора "равно"

if (le2>=0 && le1<0)

{

if (String->Find(":")<0 || String->Find("!")<0)//Эта проверка необходима для того, что бы не добавить лишнее "="

//к оператору присваивания или к оператору "не равно".

{

String->Insert(le2,"=");//Вставляем логический оператор "равно" на языке С++

}

}

}

void Cp2cDlg::OnBnClickedButton2()

{

OnCancel();//Закрываем диалоговое окно программы.

}

7. Описание тестовых прогонов

Чтобы протестировать корректную работу программы в случае появления внештатных ситуаций, попробуем для файла, в который будет производиться запись, поставить атрибут "Только чтение". При попытки трансляции исходного кода и записи его в файл появляется окно с сообщением об ошибке, изображенное на рисунке 6.

Рисунок 6 - Окно с сообщением об ошибке записи

Следующим этапом тестирования будет удаление файла, содержащего исходный код на языке Паскаль. При открытии приложения появится сообщение об ошибке чтения файла, изображенное на рисунке 7.

Рисунок 7 - Окно с сообщением об ошибке чтения

Следующим этапом тестирования будет проверка корректности трансляции исходного кода на Паскале в исходный код на С++.

На рисунке 8 изображен первый вариант транслируемой программы и результат трансляции.

Рисунок 8 - Трансляция первой тестовой программы

На рисунке 9 изображен второй вариант транслируемой программы и результат трансляции.

Рисунок 9 - Трансляция второй тестовой программы

Заключение