Системное программное обеспечение. Лабораторный практикум | Страница 1 | Онлайн-библиотека


Выбрать главу

Алексей Юрьевич Молчанов

Системное программное обеспечение. Лабораторный практикум

Введение

Эта книга является логическим продолжением и дополнением учебника «Системное программное обеспечение», вышедшего в свет в 2003 году. Главной целевой аудиторией книги «Системное программное обеспечение» были студенты технических вузов, обучающиеся по специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» и родственным с ней направлениям, поэтому материал книги был подобран исходя из требований стандарта этой специальности для курса «Системное программное обеспечение». Программа этого курса предусматривает практические занятия в виде лабораторных работ, а также выполнение курсовой работы по итогам курса. Поэтому автор посчитал разумным добавить к сухим теоретическим выкладкам необходимый живой практический материал, проиллюстрированный конкретными примерами реализации.

Некоторая часть материала, касающаяся базовых теоретических основ, в этой книге перекликается с уже опубликованным материалом книги «Системное программное обеспечение». Но автор посчитал необходимым кратко привести здесь только те теоретические выкладки, без которых невозможно построить логическое изложение материала. Подразумевается, что читатели уже знакомы с основами курса «Системное программное обеспечение», поэтому в соответствующих местах всегда даются ссылки на литературу – в основном на базовые книги курса [1–3, 7], а также на книги по курсу «Операционные системы» [3, 5, 6]. Поскольку оба курса («Системное программное обеспечение» и «Операционные системы») тесно взаимосвязаны, читателям этой книги необходимо знать их основы, чтобы понять и практически применять изложенный в книге материал (совсем недавно, в старой редакции образовательного стандарта, оба этих курса составляли единое целое [3]).

Книга может оказаться полезной не только студентам, но и специалистам, чья деятельность напрямую связана с созданием средств обработки текстов и структурированных текстовых команд. Некоторые практические приемы, описанные в книге и проиллюстрированные в примерах программного кода, будут полезны не только тем, кто создает или изучает трансляторы, компиляторы или любые другие распознаватели для формальных языков, но и вообще всем разработчикам программного обеспечения.

Для понимания практических примеров необходимо знание языка программирования Object Pascal и хотя бы общее представление о системе программирования Delphi, а также знание языка ассемблера процессоров типа Intel 80x86. В ряде случаев для сравнения и понимания примеров синтаксических конструкций рекомендуется знать язык программирования C. Соответствующие сведения можно почерпнуть в дополнительной литературе, приведенной в конце книги [13, 23–25, 28, 31, 32, 37, 39, 41, 44].

Все практические примеры созданы автором в системе программирования Delphi 5 на языке Object Pascal с использованием примитивных классов из библиотеки VCL. Но автор приложил все усилия, чтобы они не были привязаны ни к версии системы программирования, ни к особенностям исходного языка. Поэтому желающие без проблем могут перенести их под любую версию Delphi, а при необходимости переписать, например на C++, для чего требуются только самые элементарные знания языка.

Программный код, приводимый в примерах, ни в коей мере не претендует на высокую эффективность. При его создании автор в первую очередь думал об иллюстративности кода, о его способности наглядно отражать те теоретические посылки, которые есть в книге. И тем не менее использованные методы и приемы, по мнению автора, могут служить не только примером реализации элементов компилятора, но и иллюстрацией хорошего стиля программирования – но пусть об этом лучше судят сами читатели. Возможности дальнейшего совершенствования кода чаще всего специально заложены в примерах, а в тексте книги указано, в чем эти возможности заключаются. При проведении занятий преподаватели могут использовать эти моменты для дополнительных заданий по теме книги.

Структура книги проста: она содержит описания четырех лабораторных работ и одной курсовой работы. Каждая лабораторная работа снабжена краткими теоретическими выкладками, имеет перечень вариантов заданий, рекомендации по выполнению и оформлению результатов работы, а также пример выполнения. В каждой лабораторной работе автор обращает внимание на основные сложности, связанные с ее выполнением, а также на возможные типичные ошибки и недочеты, дает рекомендации по возможностям программной реализации, отличным от кода, приводимого в примерах.

Все лабораторные работы связаны с реализацией составных частей компилятора. Первая работа посвящена организации таблиц идентификаторов, вторая – созданию лексического анализатора, третья – созданию синтаксического анализатора и четвертая – генерации и оптимизации результирующего кода. Работы имеют разную сложность выполнения: по мнению автора, первые две работы элементарно просты, третья – более сложная и, наконец, четвертая имеет максимальную сложность. Это следует учитывать преподавателям при планировании выполнения работ и обучающимся при их выполнении. Кроме того, все четыре работы взаимосвязаны – каждая последующая работа использует материал предыдущей, поэтому для обучающихся желательно иметь один номер варианта на выполнение всех работ (взаимосвязь работ и преимущества такого подхода наглядно проиллюстрированы в примерах их выполнения).

Курсовая работа предусматривает создание простейшего компилятора для заданного входного языка. Она основана на том же теоретическом материале, что и лабораторные работы, но требует комплексного подхода к освоению материала и к выполнению задания. Кроме того, в курсовой работе обучающимся предоставляется большая самостоятельность в выборе методов и приемов реализации задания, чем в лабораторных работах.

Практическая направленность данной книги требует использования значительного объема программного кода для реализации и иллюстрации выполняемых примеров в лабораторных работах и курсовой работе. К сожалению, из-за ограничений по объему нет возможности включить весь программный код в книгу. Поэтому автор счел необходимым привести в книге только программный код, связанный с курсовой работой (часть которого используется также и в лабораторных работах). Остальной программный код можно найти на веб-сайте издательства «Питер».

Приводимый в книге практический материал не претендует на полноту охвата всего курса «Системное программное обеспечение». Автор считает необходимым дополнить его работами по программированию параллельных взаимодействующих процессов [3, 5], а также методами разработки программного обеспечения в распределенных системах (по технологиям построения систем «клиент-сервер» и многоуровневой архитектуре [7]). Автор надеется, что ему удастся в ближайшее время подготовить соответствующий материал.

От издательства

Ваши замечания, предложения и вопросы отправляйте по адресу электронной почты comp@piter.com (издательство «Питер», компьютерная редакция).

Мы будем рады узнать ваше мнение!

Подробную информацию о наших книгах вы найдете на веб-сайте издательства: http://www.piter.com.

Лабораторная работа № 1

Организация таблиц идентификаторов

Цель работы

Цель работы: изучить основные методы организации таблиц идентификаторов, получить представление о преимуществах и недостатках, присущих различным методам организации таблиц идентификаторов.

Для выполнения лабораторной работы требуется написать программу, которая получает на входе набор идентификаторов, организует таблицы идентификаторов с помощью заданных методов, позволяет осуществить многократный поиск произвольного идентификатора в таблицах и сравнить эффективность методов организации таблиц. Список идентификаторов считать заданным в виде текстового файла. Длина идентификаторов ограничена 32 символами.

Краткие теоретические сведения

Назначение таблиц идентификаторов

При выполнении семантического анализа, генерации кода и оптимизации результирующей программы компилятор должен оперировать характеристиками основных элементов исходной программы – переменных, констант, функций и других лексических единиц входного языка. Эти характеристики могут быть получены компилятором на этапе синтаксического анализа входной программы (чаще всего при анализе структуры блоков описаний переменных и констант), а также дополнены на этапе подготовки к генерации кода (например при распределении памяти).

1
Алексей Юрьевич Молчанов: Системное программное обеспечение. Лабораторный практикум 1
Введение 1
От издательства 1
Лабораторная работа № 1: Организация таблиц идентификаторов 1
Цель работы 1
Краткие теоретические сведения 1
Назначение таблиц идентификаторов 1
Принципы организации таблиц идентификаторов 2
Простейшие методы построения таблиц идентификаторов 2
Построение таблиц идентификаторов по методу бинарного дерева 3
Хэш-функции и хэш-адресация 3
Хэш-адресация с рехэшированием 4
Хэш-адресация с использованием метода цепочек 4
Комбинированные способы построения таблиц идентификаторов 5
Требования к выполнению работы 6
Порядок выполнения работы 6
Требования к оформлению отчета 6
Основные контрольные вопросы 6
Варианты заданий 6
Пример выполнения работы 6
Задание для примера 6
Выбор и описание хэш-функции 6
Описание структур данных таблиц идентификаторов 7
Организация таблиц идентификаторов 7
Текст программы 8
Выводы по проделанной работе 8
Лабораторная работа № 2: Проектирование лексического анализатора 8
Цель работы 8
Краткие теоретические сведения 8
Назначение лексического анализатора 8
Проблема определения границ лексем 9
Таблица лексем и содержащаяся в ней информация 9
Построение лексических анализаторов (сканеров) 10
Требования к выполнению работы 10
Порядок выполнения работы 10
Требования к оформлению отчета 10
Основные контрольные вопросы 10
Варианты заданий 11
Пример выполнения работы 11
Задание для примера 11
Грамматика входного языка 11
Описание конечного автомата для распознавания лексем входного языка 11
Реализация лексического анализатора 12
Текст программы распознавателя 13
Выводы по проделанной работе 14
Лабораторная работа № 3: Построение простейшего дерева вывода 14
Цель работы 14
Краткие теоретические сведения 14
Назначение синтаксического анализатора 14
Проблема распознавания цепочек КС-языков 14
Виды распознавателей для КС-языков 15