函數繪圖語言 西電編譯原理大作業

Interpreter For Functional Painting Language

西電 編譯原理大作業
Github地址：https://github.com/izcat/Interpreter4FPL
本項目已同步更新在Github主頁上，具體代碼實現不在此贅述。相關原理及參考資料請移步百度或見項目參考文件。

實驗目的

實現函數繪圖語言的解釋器，通過實驗加深對編譯器構造原理和方法的理解，鞏固所學知識。

• 會用正規式設計簡單語言的詞法；
• 會用產生式設計簡單語言的語法；
• 會用遞歸下降子程序編寫語言的解釋器。

實驗要求

語句原則：

1. 各類語句可以按任意次序書寫，且語句以分號結尾。源程序中的語句以它們出現的先后順序處理。
2. ORIGIN、ROT和SCALE 語句只影響其后的繪圖語句，且遵循最后出現的語句有效的原則。
   例如，若有下述ROT語句序列：
   ROT IS 0.7 ；
   ROT IS 1.57 ；
   則隨后的繪圖語句將按1.57而不是0.7弧度旋轉。
3. 無論ORIGIN、ROT和SCALE語句的出現順序如何，圖形的變換順序總是：比例變換→旋轉變換→平移變換
4. 語言對大小寫不敏感，例如for、For、FOR等，均被認為是同一個保留字。
5. 語句中表達式的值均為雙精度類型，旋轉角度單位為弧度且為逆時針旋轉，平移單位為點。

循環繪圖（FOR-DRAW ）語句

語法：FOR T FROM 起點 TO 終點 STEP 步長 DRAW(橫坐標, 縱坐標);

語義：令T從起點到終點、每次改變一個步長，繪制出由(橫坐標，縱坐標)所規定的點的軌跡。

舉例：FOR T FROM 0 TO 2*PI STEP PI/50 DRAW (cos(T), sin(T));

說明：該語句的作用是令T從0到2*PI、步長 PI/50，繪制出各個點的坐標(cos(T)，sin(T))，即一個單位圓。

比例設置(SCALE)語句

語法：SCALE IS (橫坐標比例因子，縱坐標比例因子);

語義：設置橫坐標和縱坐標的比例，並分別按照比例因子進行縮放。

舉例：SCALE IS (100, 100);

說明：將橫坐標和縱坐標的比例設置為1:1，且放大100倍。

比例設置(SCALE)語句

語法：SCALE IS (橫坐標比例因子，縱坐標比例因子);

語義：設置橫坐標和縱坐標的比例，並分別按照比例因子進行縮放。

舉例：SCALE IS (100, 100);

說明：將橫坐標和縱坐標的比例設置為1:1，且放大100倍。

坐標平移(ORIGIN)語句

語法：ORIGIN IS (橫坐標，縱坐標);

語義：將坐標系的原點平移到橫坐標和縱坐標規定的點處。

舉例：ORIGIN IS (360, 240);

說明：將原點從(0, 0)平移到(360, 240) 處

角度旋轉(ROT)語句

語法：ROT IS 角度；

語義：逆時針旋轉角度所規定的弧度值。具體計算公式：
旋轉后X=旋轉前XCOS(角度)+旋轉前YSIN(角度)
旋轉后Y=旋轉前YCOS(角度)-旋轉前XSIN(角度)

舉例：ROT IS PI/2;

說明：逆時針旋轉PI/2，即逆時針旋轉90度。

注釋語句

作用：便於理解；
屏蔽暫時不需要的語句。
語法：// This is a comment line
或 -- 此行是注釋
語義：// 或 -- 之后，直到行尾，均是注釋

---

實驗過程

Version 1

代碼詳見 https://github.com/izcat/Interpreter4FPL/tree/master/version1

完成詞法分析

詞法分析器功能

• 輸入：函數繪圖語言源程序，以字符串形式傳遞給 Lexer 參數
• 輸出：返回源程序進行詞法分析得到的全部 Token，類型為列表

Update:

此版本 Lexer 會無法正確識別帶小數點的浮點數！在version2中的 Lexer 才是正確寫法！

Version 2

代碼詳見 https://github.com/izcat/Interpreter4FPL/tree/master/version2

已實現實驗要求的函數繪圖語言的全部功能
解釋器執行的第一個程序結果（顯示 'OK' 字樣）：

修復Bug

由於新加入主界面的模塊 main.py 無法正常 import 寫好的 parser模塊，因為會與 Python 的同名庫沖突。
將全部模塊改名，加上'my'前綴

不足

詞法分析器與語義分析器沒有完全分離，本解釋器在語法分析階段，未生成源代碼的整體語法樹，直接將繪制的點信息交給painter處理
缺少異常處理機制
沒有完全面向對象開發

Version 3

代碼詳見 https://github.com/izcat/Interpreter4FPL/tree/master/version3

本次版本不涉及代碼修復和功能修改，version2可以正常運行標准繪圖源程序

在完成作業要求的基礎上，本次更新增加了自定義顏色的語法
即
FOR T FROM T_start TO T_end STEP T_step DRAW (Point_x, Point_Y)
[OF (RED|GREEN|BLUE|YELLOW|BLACK)]

更改內容如下

• mylexer 模塊新增記號類別 TokenType : OF，RED，GREEN，BLUE，YELLOW， BLACK
• mylexer 模塊新增字符與記號的字典映射 TokenTypeDict :
  • OF = Token(TokenType.OF, "OF")
  • RED = Token(TokenType.COLOR, "RED")
  • GREEN = Token(TokenType.COLOR, "GREEN")
  • BLUE = Token(TokenType.COLOR, "BLUE")
  • YELLOW = Token(TokenType.COLOR, "YELLOW")
  • BLACK = Token(TokenType.COLOR, "BLACK")
• myparser 模塊作少量改動，ForStatement 方法新增顏色識別語句，將獲取顏色結果傳給 Painter
• mypainter 模塊內的 paint 方法
  • plt.plot(Painter.Points['X'], Painter.Points['Y'], '.'+Draw_color)
  • 參考自 https://blog.csdn.net/qiurisiyu2016/article/details/80187177
  • 第三個參數 'r', 'g', 'b', 'k'(Black),'y'(Yellow)
  • '.' 點標記 ',' 像素點

Version 4

代碼詳見 https://github.com/izcat/Interpreter4FPL/tree/master/version4

改進內容：

• 在version3的基礎上，分離語法分析器 myparser 模塊與語義分析器 mypainter 模塊
• 重新設計了語法分析過程中的運行提示，增加了層級level參數，使遞歸調用的輸出信息更友好
• 重寫了 mypainter 模塊，改用面向對象方式
  • Painter 類 接收繪圖源程序代碼，調用語法分析器 myparser.Parser
  • 將獲取到的語法樹交給 analyse 方法進行語義分析
  • 語義分析完成后，showPic 執行繪圖
• 改進 main 程序入口模塊，增加了打開文件選項，可以直接選擇寫好繪圖源程序打開

結果展示