本项目基于L25文法，利用C++实现了一个编译器，包含词法分析、语法分析、出错处理、代码生成和解释程序。L25文法是简单的编程语言文法，本项目在其基础定义上扩展了字符串以及指针的实现。具体见下面给出的扩展后的L25文法的定义：

program:

no references

func_def:

referenced by:

• program

param_list:

referenced by:

• func_def

stmt_list:

referenced by:

• func_def
• if_stmt
• program
• while_stmt

stmt:

referenced by:

• stmt_list

declare_stmt:

referenced by:

• stmt

assign_stmt:

referenced by:

• stmt

if_stmt:

referenced by:

• stmt

while_stmt:

referenced by:

• stmt

func_call:

referenced by:

• factor
• stmt

arg_list:

referenced by:

• func_call

input_stmt:

referenced by:

• stmt

output_stmt:

referenced by:

• stmt

bool_expr:

referenced by:

• if_stmt
• while_stmt

expr:

referenced by:

• arg_list
• assign_stmt
• bool_expr
• declare_stmt
• factor
• func_def
• output_stmt

arith_expr:

referenced by:

• expr
• str_expr

term:

referenced by:

• arith_expr

factor:

referenced by:

• term

ident:

referenced by:

• assign_stmt
• declare_stmt
• factor
• func_call
• func_def
• input_stmt
• param_list
• program

number:

referenced by:

• factor
• str_expr

letter:

referenced by:

• ident

digit:

referenced by:

• ident
• number

str_expr:

referenced by:

• expr

str:

referenced by:

• declare_stmt
• factor
• str_expr

str_char:

referenced by:

• str

escape_sequence:

referenced by:

• str_char

---

关于L25文法有一些注意事项如下：

1. func 体里最后必须有 return；
2. main或普通语句块里不能使用 return;
3. 每个stmt_list 至少有一条语句。

示例代码(求最小公倍数)：

program LCMpro{
    func gcd(a, b) {
        let result;
        if (b == 0) {
            result = a;
        } else {
            result = gcd(b, a - (a/b)*b);
        };
        return result;
    }
    func lcm(a, b) {
        let g = gcd(a, b);
        let result = (a * b) / g;
        return result;
    }
    
    main {
        let a;
        let b;
        
        output("Number1\n");
        input(a);
        output("Number2\n");
        input(b);
        
        if (a > 0) {
            if(b>0){
                let result = lcm(a, b);
                output("LCM:\n");
                output(result);
            };
        } else {
            output("Integer only!");
        };
    }
}

关于保留字的说明：

根据上面L25文法的EBNF和铁路图描述，L25语言包含11个保留字，分别是program, func, main, return, let, if, else, while, input, output, str；支持支持字符串连接运算以及字符串和整型之间的运算，例如str a = "hello world";let b = 3;str c = a + b;str d = a*b; str e = a + d;

关于字符串的内存管理的说明：

对于字符串的内存管理，此编译器采用C++的数组虚拟一个数据栈，数据栈的大小为5000，其中0到999为常规数据栈，1000到1999为字符串常量的字面量值，2000到4999为运行时字符串栈，保存运行时程序产生的字符串字面量的值。字符串变量保存在常规数据栈中，存储的值实际是字符串所在的地址。基于这种内存管理机制，可以实现指针的支持。

关于指针的说明：

此编译器扩展了指针，指针声明需要在声明符号后面加 @，例如let@ p = 1;，同时允许取地址值赋值给指针，取地址符号为 &，例如p = &a;。允许指针的加减运算，例如p = p + 1;。此时p指向的是下一个元素所在的地址，通过@p，可以取出对应的值。

代码结构：

该编译器仿照java版本的P/L0编译器，按照词法分析、语法分析、代码生成和执行的编译流程，主要由以下几个核心模块组成：

1. 编译器整合核心 ( Compiler.hpp , Compiler.cpp ) 编译器的中央协调器，用于实现编译器的实例，集成并管理其他各个模块。在构造函数中初始化词法分析器 ( Scanner )、符号表 ( Table )、语法分析器 ( Parser ) 和解释器 ( Interpreter )并调用其中编译时需要用到的函数或方法。

2. 词法分析器 ( Scanner.hpp , Scanner.cpp ) 读取L25源程序文本，将其分解成一系列的词法单元（tokens/symbols）。

3. 符号表 ( table.hpp , table.cpp ) 存储和管理在源程序中声明的标识符（如变量、函数、字符串等）的信息。

4. 语法分析器 ( Parser.hpp , Parser.cpp ) 根据L25语言的语法规则，分析词法分析器提供的词法单元序列，检查语法正确性，并在此过程中生成中间代码（P-code）。采用递归下降的解析策略。包含多个 parse<NonTerminal>() 方法，对应语法规则中的非终结符（例如 parseProgram , parseStatementList , parseExpression ）。使用 SymSet.hpp 中定义的 SymSet 类来辅助进行语法分析，例如用于错误恢复或预测分析中的FIRST/FOLLOW集。

5. 解释器 ( Interpreter.hpp , Interpreter.cpp )

执行由语法分析器生成的P-code指令。定义P-code指令的操作码（如 LIT , OPR , LOD , STO , CAL , JMP , JPC , WRT , RED , HLT 等），后文会对指令做详细说明。

6. 辅助模块

Symbol.h : 定义了 Symbol 枚举类，列出了L25语言所有的词法单元类型。

SymSet.hpp : 提供 SymSet 类，用于表示符号的集合，主要被语法分析器用于语法制导翻译和错误恢复。

编译器使用的P-code指令及其含义：

指令	格式	含义
LIT	LIT 0 a	将常量值 a 推入栈顶，用于加载整数常量和字符串地址。
LOD	LOD l a	将变量的值推入栈顶。该变量位于层差 l，地址为 a。用于读取变量的值。
STO	STO l a	将栈顶的值存入变量中并出栈。该变量存储于层差 l，地址为 a。
CAL	CAL l a	调用函数。a 是函数入口地址，l 是层差。
INT	INT 0 a	在栈上为函数分配/释放空间。a 为正数时分配，为负数时释放。
JMP	JMP 0 a	无条件跳转到地址 a。
JPC	JPC 0 a	条件跳转。当栈顶值为 0 (false) 时，跳转到地址 a 并出栈。
LDA	LDA l a	加载地址。将变量的地址推入栈顶，用于 &v 操作。
LDI	LDI 0 0	间接加载。将栈顶值作为地址，取出该地址处的值放入栈顶，用于 @p 取值。
STI	STI 0 0	间接存储。从栈顶弹出一个值和地址，将值存入该地址，用于 @p = … 赋值。
RED	RED 0 0	读取输入 ( input )。从输入流读取一个值，并将其推入栈顶。
WRT	WRT 0 0	写输出 ( output )。弹出栈顶值并将其输出到输出流。
HLT	HLT 0 0	停机。程序正常执行结束。

OPR (操作) 指令：

OPR 指令用于执行算术、逻辑和特定的字符串运算。

a值	含义
0	函数返回 ( return )。
1	对栈顶值取负 (一元负号 – )。
2	对栈顶的两个元素进行加法 ( + )并将结果存入栈顶。
3	弹出栈顶两个元素，用前一个被压入的元素减去后一个被压入的元素，并将结果存入栈顶。 ( – )。
4	对栈顶的两个元素进行乘法 ( * )并存入栈顶。
5	前一个元素被压入栈顶的元素除以( / )后一个被压入的元素，将结果存入栈顶。包含除零检查。
8	等于 ( == )，判断两个栈顶元素是否相等。
9	不等于 ( != )，判断两个栈顶元素是否不等。
10	小于 ( < )，判断前一个入栈的元素是否小于后一个入栈的元素。
11	大于等于 ( >= )，判断前一个入栈的元素是否大于等于后一个入栈的元素。
12	大于 ( > )，判断前一个入栈的元素是否大于后一个入栈的元素。
13	小于等于 ( <= )，判断前一个入栈的元素是否小于等于后一个入栈的元素。
14	带换行的输出，与 WRT 功能相同，但在输出后会自动添加一个换行符。（保留原P/L0指令设计，未使用）
15	输出换行，输出一个换行符。（保留原P/L0指令设计，未使用）
16	读取：与 RED 功能完全相同，从标准输入读取一个整数并压栈。（保留原P/L0指令设计，未使用）
17	字符串重复 ( str * num )，将字符串重复 num 次并返回结果字符串。
18	字符串连接 ( str1 + str2 )，连接两个字符串。
19	字符串与数字连接 ( str + num )，连接字符串和数字。

编译器错误号及含义说明：

错误号	错误含义	触发条件	出现位置
1	嵌套层级过深	函数或块的嵌套层级超过最大限制（3）	parseProgram()
4	期望标识符	在需要标识符的位置遇到其他符号	程序名、函数名、参数、变量声明等
5	期望分号	语句结束时缺少分号	语句列表、函数返回语句
11	未声明的标识符	使用了未在符号表中声明的标识符	变量引用、函数调用等
12	不能对该标识符赋值	试图对常量或函数赋值	赋值语句、输入语句
13	期望 ‘}’	代码块未正确关闭	程序体、函数体、if/while语句
16	期望关系操作符	条件表达式中缺少比较运算符	parseCondition()
17	期望 ‘{‘	需要左大括号开始代码块	各种代码块开始处
18	期望 ‘program’ 关键字	程序开始时没有program关键字	parse() 函数开始
19	期望 ‘main’	函数定义后没有找到main函数	parseProgram()
20	期望 ‘return’	函数体结束时没有return语句	parseFunctionDef()
21	期望 ‘(‘	函数定义/调用或条件语句缺少左括号	函数、if/while、输入输出语句
22	期望 ‘)’	缺少右括号匹配左括号	函数、条件语句、表达式等
23	非法语句	遇到不支持的语句类型	parseStatement() 、 parseStatementList()
24	非法的因子	表达式因子不合法	parseFactor()
25	不是函数	试图调用非函数类型的标识符	函数调用解析
26	期望字符串	字符串表达式中遇到非字符串类型	parseStringExpression()
27	期望 ‘=’	赋值语句中缺少赋值操作符	变量赋值、字符串赋值
28	不能把地址赋给非指针变量	将取地址结果赋给普通变量	变量/字符串声明初始化
29	试图解引用非指针变量	对非指针类型使用解引用操作符@	parseAssignment()

出错处理机制:

错误计数: 使用静态变量 errorCount 统计错误数量

错误限制: 超过 maxerr 限制时终止编译

错误定位: 输出格式为 **空格^错误号 ，精确定位错误位置

错误恢复: 遇到错误首先会报告错误，然后进入一个循环，不断地调用 nextSym() 来丢弃（跳过） 当前及后续的符号。这个跳过过程会一直持续，直到找到一个安全的“同步符号”为止。

项目地址：

https://github.com/Jardasvai/L25Compiler