📄 cminusspec.htm
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CMinus编译器设计方案 最后修改：2005-01-15
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<H2 ALIGN = CENTER>CMinus编译器设计方案 最后修改：2005-03-13</H2>
这里定义了一个编程语言称作C-Minus（或简称为C-），这是一种适合编译器设计方案的语言，它比TINY语言更复杂，包括函数和数组。本质上它是C的一个子集，但省去了一些重要的部分，因此得名。
<H3>A.1 C-惯用的语法</H3>
1.下面是语言的关键字：<br>
else if int return void while<br>
所有的关键字都是保留字，并且必须是小写。<br>
2.下面是专用符号：<br>
+ - * / < <= > >= == != = ; , ( ) [ ] { } /* */<br>
3.其他标记是ID和NUM，通过下列正则表达式定义：<br>
ID = letter letter*<br>
NUM = digit digit*<br>
letter = a | .. | z | A | .. | Z<br>
digit = 0 | .. | 9<br>
小写和大写字母是有区别的。<br>
4.空白由空格、换行符和制表符组成。空白通常被忽略，除了它必须分开ID、NUM关键字。<br>
5.注释用通常的C语言符号/*...*/围起来。注释可以放在任何空白出现的位置（即注释不能放在标记内）上，且可以超过一行。注释不能嵌套。
<H3>A.2 C-的语法和语义</H3>
C-的BNF语法如下：（带*表示在原来基础上修改过）<br>
1.program -> declaration-list<br>
2.declaration-list -> declaration-list declaration | declaration<br>
*3.declaration -> var-declaration | func-declaration | func-definition<br>
*4.var-declaration -> type-specifier init-declarator-list <B>;</B><br>
*4.1 init-declarator-list -> init-declarator-list <B>,</B> init-declarator | init-declarator<br>
*4.2 init-declarator -> <B>ID</B> | <B>ID</B>=simple-expression | <B>ID</B> <B>[</B> <B>NUM</B> <B>]</B><br>
5.type-specifier -> <B>int</B> | <B>void</B><br>
*6.func-declaration -> type-specifier <B>ID</B> <B>(</B> params-type <B>);</B><br>
*6.1 func-definition -> type-specifier <B>ID</B> <B>(</B> params <B>)</B> compound-stmt<br>
*6.2 params-type -> param-type-list | <B>void</B><br>
*6.3 params-type-list -> param-type-list <B>,</B> param-type | param-type<br>
*6.4 param-type -> type-specifier | type-specifier <B>[</B> <B>]</B> | type-specifier <B>ID</B> | <br>
type-specifier <B>ID</B> <B>[</B> <B>]</B><br>
7.params -> param-list | <B>void</B><br>
8.param-list -> param-list <B>,</B> param | param<br>
9.param -> type-specifier <B>ID</B> | type-specifier <B>ID</B> <B>[</B> <B>]</B><br>
10.compound-stmt -> <B>{</B> local-declarations statement-list <B>}</B>| empty<br>
11.local-declarations - > local-declarations var-declaration | empty<br>
12.statement-list - > statement->list statement | empty<br>
13.statement - > expression-stmt | compound-stmt | selection-stmt |<br>
iteration-stmt | return-stmt<br>
14.expression-stmt -> expression <B>;</B> | <B>;</B> <br>
15.selection-stmt -> <B>if</B> <B>(</B> expression <B>)</B> statement |<br>
<B>if</B> <B>(</B> expression <B>)</B> statement <B>else</B> statement<br>
16.iteration-stmt -> <B>while</B> <B>(</B> expression <B>)</B> statement <br>
17.return-stmt -> <B>return</B> <B>;</B> | <B>return</B> expression <B>;</B> <br>
18.expression -> var <B>=</B> expression | simple-expression<br>
19.var -> <B>ID</B> | <B>ID</B> <B>[</B> expression <B>]</B><br>
20.simple-expression -> additvie-expression relop addtive-expression | additive-expression<br>
21.relop -> <B><=</B> | <B><</B> | <B>></B> | <B>>=</B> | <B>==</B> | <B>!=</B> <br>
22.additive-expression -> additive-expression addop term | term<br>
23.addop -> <B>+</B> | <B>-</B> <br>
24.term ->term mulop factor | factor<br>
25.mulop -> <B>*</B> | <B>/</B> <br>
26.factor -> <B>(</B> expression <B>)</B> | var | call | <B>NUM</B> <br>
27.call -> <B>ID</B> <B>(</B> args <B>)</B> <br>
28.args -> arg-list | empty<br>
29.arglist -> arglist <B>,</B> expression | expression<br>
对以上每条文法规则，给出了相关语义的简短解释。<br>
1.program -> declaration-list<br>
2.declaration-list -> declaration-list declaration | declaration<br>
3.declaration -> var-declaration | fun-declaration<br>
程序由声明的列表（或序列）组成，声明可以是函数或变量声明，顺序是任意的。至少必须有一个声明。接下来是语义限制（这些在C中不会出现）。所有的变量和函数在使用前必须声明（这避免了向后backpatching引用）。程序中最后的声明必须是一个函数声明，名字为main。注意，C-缺乏原型，因此声明和定义之间没有区别（象C一样）。<br>
4.var-declaration -> type-specifier <B>ID</B> <B>;</B> | type-specifier <B>ID</B> <B>[</B> <B>NUM</B> <B>]</B> <B>;</B><br>
5.type-specifier -> <B>int</B> | <B>void</B><br>
变量声明或者声明了简单的整数类型变量，或者是基类型为整数的数组变量，索引范围从0到NUM-1。注意，在C-中仅有的基本类型是整数和空类型。在一个变量声明中，只能使用类型指示符int。void用于函数声明（参见下面）。也要注意，每个声明只能声明一个变量。<br>
6.func-declaration -> type-specifier <B>ID</B> <B>(</B> params <B>)</B> compound-stmt<br>
7.params -> params-list | <B>void</B><br>
8.param-list -> param-list <B>,</B> param | param<br>
9.param -> type-specifier <B>ID</B> | type-specifier <B>ID</B> <B>[</B> <B>]</B> <br>
函数声明由返回类型指示符、标识符以及在圆括号内的用逗号分开的参数列表组成。后面跟着一个复合语句，是函数的代码。如果函数的返回类型是void，那么函数不返回任何值（即是一个过程）。函数的参数可以是void（即没有参数），或者一列描述函数的参数。参数后面跟着方括号是数组参数，其大小是可变的。简单的整数参数由值传递。数组参数由引用来传递（也就是指针），在调用时必须通过数组变量来匹配。注意，类型“函数”没有参数。一个函数参数的作用域等于函数声明的复合语句，函数的每次请求都有一个独立的参数集。函数可以是递归的（对于使用声明允许的范围）。<br>
10.compound-stmt -> <B>{</B> local-declarations statement-list <B>}</B> | empty<br>
复合语句由用花括号围起来的一组声明和语句组成。复合语句通过用给定的顺序执行语句序列来执行。局部声明的作用域等于复合语句的语句列表，并代替任何全局声明。<br>
11.local-declarations - > local-declarations var-declaration | empty<br>
12.statement-list - > statement->list statement | empty<br>
注意声明和语句列表都可以是空的（非终结符empty表示空字符串，有时写作ε）。<br>
13.statement - > expression-stmt | compound-stmt | selection-stmt |<br>
iteration-stmt | return-stmt<br>
14.expression-stmt -> expression <B>;</B> | <B>;</B> <br>
表达式语句有一个可选的且后面跟着分号的表达式。这样的表达式通常求出它们一方的结果。因此，这个语句用于赋值和函数调用。<br>
15.selection-stmt -> <B>if</B> <B>(</B> expression <B>)</B> statement |<br>
<B>if</B> <B>(</B> expression <B>)</B> statement <B>else</B> statement<br>
if语句有通常的语义：表达式进行计算；非0值引起第一条语句的执行；0值引起第二条语句的执行，如果它存在的话。这个规则导致了典型的悬挂else二义性，可以用一种标准的方法解决：else部分通常作为当前if的一个子结构立即分析（“最近嵌套”非二义性规则）。<br>
16.iteration-stmt -> <B>while</B> <B>(</B> expression <B>)</B> statement <br>
while语句是C-中唯一的重复语句。它重复执行表达式，并且如果表达式的求值为非0，则执行语句，当表达式的值为0时结束。<br<
17.return-stmt -> <B>return</B> <B>;</B> | <B>return</B> expression <B>;</B> <br>
返回语句可以返回一个值也可无值返回。函数没有说明为void就必须返回一个值。函数声明为void就没有返回值。return引起控制返回给调用者（如果它在main中，则程序结束）。<br>
18.expression -> var <B>=</B> expression | simple-expression<br>
19.var -> <B>ID</B> | <B>ID</B> <B>[</B> expression <B>]</B><br>
表达式是一个变量引用，后面跟着赋值符号（等号）和一个表达式，或者就是一个简单的表达式。赋值有通常的存储语义：找到由var表示的变量的地址，然后由赋值符右边的子表达式进行求值，子表达式的值存储到给定的地址。这个值也作为整个表达式的值返回。var是简单的（整型）变量或数组下标变量。负的下标将引起程序停止（与C不同）。然而，不进行下标越界检查。<br>
var表示C-比C的进一步限制。在C中赋值的目标必须是左值（l-value），左值是可以由许多操作获得的地址。在C-中唯一的左值是由var语法给定的，因此这个种类按照句法进行检查，代替象C中那样的类型检查。故在C-中指针运算是禁止的。<br>
20.simple-expression -> additvie-expression relop addtive-expression | additive-expression<br>
21.relop -> <B><=</B> | <B><</B> | <B>></B> | <B>>=</B> | <B>==</B> | <B>!=</B> <br>
简单表达式由无结合的关系运算符组成（即无括号的表达式仅有一个关系运算符）。简单表达式在它不包含关系运算符时，其值是加法表达式的值，或者如果关系算式求值为true，其值为1，求值为false时值为0。<br>
22.additive-expression -> additive-expression addop term | term<br>
23.addop -> <B>+</B> | <B>-</B> <br>
24.term ->term mulop factor | factor<br>
25.mulop -> <B>*</B> | <B>/</B> <br>
加法表达式和项表示了算术运算符结合性和优先级。符号/表示整数除；既任何余数都被截去。<br>
26.factor -> <B>(</B> expression <B>)</B> | var | call | <B>NUM</B> <br>
因子是围在括号内的表达式；或一个变量，求出其变量的值；或者一个函数调用，求出函数的返回值；或者一个NUM，其值由扫描器计算。数组变量必须是下标变量，除非表达式由单个ID组成，并且以数组为参数在函数调用中使用（如下所示）。<br>
27.call -> <B>ID</B> <B>(</B> args <B>)</B> <br>
28.args -> arg-list | empty<br>
29.arglist -> arglist <B>,</B> expression | expression<br>
函数调用的组成是一个ID（函数名），后面是用括号围起来的参数．参数或者为空，或者由逗号分割的表达式列表组成，表示在一次调用期间分配的参数的值．函数在调用之前必须声明，声明中参数的数目必须等于调用中参数的数目。函数声明中的数组参数必须和一个表达式匹配，这个表达式由一个标识符组成表示一个数组变量。<br>
最后，上面的规则没有给出输入和输出语句。在C-的定义中必须包含这样的函数，因为与C不同，C-没有独立的编译和链接工具；因此，考虑两个在全局环境中预定义的函数，好向它们已经进行了声明：<br>
int input(void) {...}<br>
void output(int x) {...}<br>
input函数没有参数，从标准输入设备（通常是键盘）返回一个整数值。output函数接受一个整型参数，其值和一个换行符一起打印到标准输出设备（通常是屏幕）。
<H3>A.3 预处理</H3>
目前仅支持两种简单的预处理：inlcude和define<br>
include语法：<行首><B>#include</B> <可选空白字符串> <B>"</B> <文件名> <B>"</B> <可选空白字符串> <行末><br>
define语法：<行首><B>#define</B> <空白字符串> <B>ID</B> <空白字符串> <文件名> <可选空白字符串> <行末><br>
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