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1、编译演示系统的开发摘要：由于编译原理的算法比较抽象，要理解它们很难。利用可视化技术可以使得这些算法的学习过程容易些。一个编译算法动画演示系统被设计出来以满足这方面的需要。该系统实现了词法分析和语法分析中的基本算法，由网页和Java Applet程序构成。Java Applet程序用图和表显示动态数据的方式模拟算法执行过程。由于采用了基于网页的方式实现系统，系统易部署且通过一个浏览器如IE即可访问。关键词：编译原理算法演示词法分析语法分析Java AppletDevelopment of the Compiling Algorithm Animation SystemAbstract: It i
2、s very difficult to understand compiling algorithms because of their abstractness. Visualization technology can be used to make the learning process for these algorithms easier. A compiling algorithm animation system was designed to meet this need. The system, which consisted of web pages and Java A
3、pplet programs, implemented the basic algorithms in lexical analysis and grammatical analysis. The Java Applet programs simulated the algorithms by showing the dynamic data with graphs and tables. Web-based implementation makes the system easily deployed and accessible with a web browser like IE.Key
4、word: Compiling Principle; Algorithm Animation; Lexical analysis; Grammatical analysis; Java Applet1前言编译器是一个程序，它读入用某种语言（源语言）编写的程序并将其翻译成一个与之等价的以另一种语言（目标语言）编写的程序1。我们接触最多的高级语言，如JAVA、C+、VB等，要在计算机中运行都离不开编译器。世界上存在上千种源语言、上千种目标语言，同时也意味着存在上千种编译器。编译器虽然是多种多样的，但是它们所要完成的基本任务都是相同的。由于编译器的普遍性和重要性，学习编译器原理对深入理解计算机体系的
5、意义就更为重大了。但是由于编译原理的理论及算法都比较抽象，要理解它们并不容易。但如果把这些算法的过程都以可视化技术2-3显示出来，就比较容易被理解了。想想看，如果把它作为辅助教学的，抽象的算法过程都以图形化的方式直接显示出来，学生就可以快速的理解算法的思想及过程，从而大大的提高学习效率以及教学效果。2Java Applet概述Java Applet就是用Java语言编写的这样的一些小应用程序，它们可以直接嵌入到网页中，并能够产生特殊的效果。包含Applet的网页被称为Java-powered页，可以称其为Java支持的网页。 当用户访问这样的网页时, Applet被下载到用户的计算机上执行，但
6、前提是用户使用的是支持Java的网络浏览器。由于Applet是在用户的计算机上执行的，因此它的执行速度不受网络带宽的限制。用户可以更好地欣赏网页上Applet产生的多媒体效果。 在Java Applet中，可以实现图形绘制，字体和颜色控制，动画和声音的插入，人机交互及网络交流等功能。 Applet还提供了名为抽象窗口工具箱（Abstract Window Toolkit， AWT）的窗口环境开发工具。 AWT利用用户计算机的GUI元素，可以建立标准的图形用户界面，如窗口、按钮、滚动条等等。53系统设计3.1总体设计网页中提供演示程序算法的相关说明。演示程序利用了JFLAP7库中的一部分图形组件
7、并使用JAVA Applet开发，最终嵌入到网页中。3.2网站设计网站的所有的页面的宽度都是950像素，而演示程序的大小是900 * 600。网站分为五个栏目，分别是首页、词法分析、语法分析、帮助说明、相关链接。各栏目的内容如下：首页：网站的总体说明，并提供演示的快捷链接。词法分析：提供词法分析演示页的简要说明及链接。语法分析：提供语法分析演示页的简要说明及链接。帮助说明：提供演示程序及相关编译原理知识的说明。相关链接：提供相关知识网站的链接。3.3演示程序设计整个系统总共包括9个演示程序。分别为正规表达式生成NFA演示、NFA到DFA演示、DFA化简演示、正规表达式到最简DFA演示、蛮力分析
8、演示、消除左递归公共左因子演示、LL(1)分析表构造演示、LR(0)分析表构造演示、SLR(1)分析构造演示。4详细设计4.1主要数据结构说明系统主要使用到JFLAP的两个数据结构：Automaton和Grammar。Automaton类是表示自动机数据的基类。系统中演示的是有限自动机，因此主要使用了它的派生类FiniteStateAutomaton。FiniteStateAutomaton与Automaton的功能基本上是一样的。Automaton的主要结构结构图如下：图1Automaton类结构图Automaton类中主要包含有一系列的Transition（弧）和State（状态），其中有
9、一个初始状态和一组终止状态。类中还维护着两个关系：状态到以该状态为起点的弧的映射transitionFromStateMap；状态到以该状态为终点的弧的映射transitionToStateMap。Grammar类是表示文法数据的抽象基类。主要使用了它的派生类ContextFreeGrammar（自由文法）。Grammar类主要维护着一个Production（产生式）的列表、一个Variable（非终结符）的集合、一个Terminal（终结符）的集合和一个开始符号。所有的符号都以String（字符串）有存储。而产生式中的符号都在Variable或Terminal集合中。Grammar的主要结构
10、如下：图2Grammar类结构图4.2演示类结构说明系统的所有的演示都继承于BaseDemo的演示基类。它的主要结构如下：图3BaseDemo类结构图它维护着一个JTabbedPane类型的标签页对象来放置演示页对象。它派生出九个演示类，分别是REToNFADemo（正规表达式生成NFA演示）、NFAConvertDemo（NFA转DFA演示）、MinimizeDFADemo（DFA化简演示）、REToMinimizeDFADemo（正规表达式到最简DFA演示）、BruteParseDemo（蛮力分析演示）、TopDownOperationDemo（消除左递归公共左因子演示）、LL1Table
11、CreationDemo（LL(1)分析表构造演示）、LR0TableCreationDemo（LR(0)分析表构造演示）、SLR1TableCreationDemo（SLR(1)分析表构造演示）。每个演示类就是一个演示小程序。而演示的效果如下图：图4演示效果图这里以DFA化简演示来详细说明演示程序的结构。DFA化简演示以MinimizeDFADemo类来实现。它的主要结构如下：图5MinimizeDFADemo类结构图该类拥有一个MinimizeDFADemo对象。MinimizeDFADemo类含有一系列的JButton按钮和一个EditorPane来提示生成DFA的功能。其中一个按钮可生
12、成DFA识别符号串的演示对象FSAMatchPane。MinimizePane对象用于演示简化DFA的过程（图6），它的主要结构如图7所示：图6MinimizePane类对象图图7MinimizePane类结构图该类含有MinimizeController和Minimizer对象。MinimizeController对象是MinimizePane的控制器，控制MinimizePane的各种行为；Minimizer用于简化DFA的对象。SelectionDrawer对象用于显示待简化的DFA；ControlPanel对象基本上就是一个工具栏；SelectTreeDrawer对象用于演示划分符号的
13、集合的过程；而MinimizeNodeDrawer对象用于显示划分树的。5总结本系统采用了Java Applet + XHTML6的模式来编写，搭建了一个演示系统。系统采用了模块化设计方法，根据用户的需求及程序的应用与维护的易用性，将系统各个部分置于不同的模块当中，方便了程序的扩展与维护，同时建立了程序功能复用的基础。演示系统实现了算法计算过程及结果以图形化的形式输出，并根据用户的相互来演示。通过这种直观的演示方式，使得学习编译原理相关算法的效果有了很大的提高。该系统除了可用于辅助教学，还可以作为一个工具快速求解所涉及算法的结果。参考文献：1(美)Alfred V.Aho,Ravi Sethi
14、,Jeffrey D.Ullman. 编译原理（Compilers: Principles, Techniques, and Tools）M. 北京:机械工业出版社，2003.8.2刘孟仁，刘海庆.软件可视化技术及其应用研究J. 计算机应用研究,2002 (6): 2628. 3袁国明，周宁. 信息可视化和知识可视化的比较研究J. 科技情报开发与经济, 2006 (12): 9395. 4陈火旺，刘春林，谭庆平等. 程序设计语言编译原理（第3版）M. 北京:国防工业出版社，2004.1.5百度百科.Applet6豆瓣douban.什么是XHTML7JFLAP.JFLAPhttp:/www.jflap.org/.
