Разработка транслятора в среде Java и С+

Обновлено 2026-10-26

- 2 -

ВведениеТема, цель, актуальность работыАнализ проектов, реализованных на языках программирования Java и C# на предмет взаимодействия между классами.Результат работы программы необходимо вывести в файл *.xml.Актуальность работы заключается в том, что на сегодняшний день нет известных аналогов программы. Не стоит сравнивать данный проект с такими программными продуктами как Telelogic Rapsody или Rational - он является полной противоположностью названных выше программ, так как анализирует уже «готовый», написанный проект, в то время как Telelogic Rapsody (Rational) генерирует код по диаграммам.Данный проект может использоваться для углубленного изучения языков программирования Java и C# в рамках программы университета, анализа проектов на предмет взаимодействия классов.Проект может существовать как автономное приложение, а также может быть дополнен и доработан функционально.Исследовательская часть

C# и Java- два очень похожих между собой современных языка программирования со сборкой мусора и компиляцией при выполнении. Оба языка - объектно-ориентированные, с синтаксисом, унаследованным от C++, но значительно переработанным.

Java - объектно-ориентированный язык программирования, разрабатываемый компанией Sun Microsystems и официально выпущенный 23 мая 1995 года. Java - так называют не только сам язык, но и платформу для создания приложений уровня предприятий на основе данного языка.

Изначально язык программирования назывался Oak (русск. Дуб) и разрабатывался Джеймсом Гослингом для бытовой электроники, но впоследствии был переименован в Java и стал использоваться для написания клиентских приложений и серверного программного обеспечения. Программы на Java транслируются в байт-код, выполняемый виртуальной java-машиной (JVM) - программой, обрабатывающей байтовый код и передающей инструкции оборудованию как интерпретатор, но с тем отличием, что байтовый код, в отличие от текста, обрабатывается значительно быстрее. Достоинство подобного способа выполнения программ - в полной независимости байт-кода от ОС и оборудования, что позволяет выполнять Java-приложения на любом устройстве, которое поддерживает виртуальную машину. Другой важной особенностью технологии Java является гибкая система безопасности благодаря тому, что исполнение программы полностью контролируется виртуальной машиной.

Длины и диапазоны значений примитивных типов определяются стандартом. Такая жёсткая стандартизация была необходима, чтобы сделать язык платформенно-независимым, что является одним из идеологических требований к Java и одной из причин её успеха. Тем не менее, одна небольшая проблема с платформенной независимостью всё же осталась. Некоторые процессоры используют для промежуточного хранения результатов 10-байтовые регистры или другими способами улучшают точность вычислений.

В языке Java имеются только динамически создаваемые объекты. Причем переменные объектного типа и объекты в Java - совершенно разные сущности. Переменные объектного типа являются ссылками, то есть неявными указателями на динамически создаваемые объекты. Это подчёркивается синтаксисом описания переменных.

C# (произносится си-шарп) - язык программирования, сочетающий объектно-ориентированные и аспектно-ориентированные концепции. Разработан в 1998-2001 годах группой инженеров под руководством Андерса Хейлсберга в компании Microsoft как основной язык разработки приложений для платформы Microsoft.NET. C# относится к семье языков с C-подобным синтаксисом, из них его синтаксис наиболее близок к С++ и Java. Язык имеет строгую статическую типизацию, поддерживает полиморфизм, перегрузку операторов, указатели на функции-члены классов, атрибуты, события, свойства, исключения, комментарии в формате XML. Переняв многое от своих предшественников - языков С++, Java, Delphi, Модула и Smalltalk - С#, опираясь на практику их использования, исключает некоторые модели, зарекомендовавшие себя как проблематичные при разработке программных систем: так, C# не поддерживает множественное наследование классов (в отличие от C++).

В Java модификатор protected в описании, помимо доступа из классов-потомков, разрешает доступ из всех классов, входящих в тот же пакет, что и класс-владелец.

В C# для объектов, которые должны быть видны в пределах сборки (примерный аналог пакета Java) введён отдельный модификатор internal, а protected сохраняет свой изначальный смысл, взятый из C++ - доступ только из классов-потомков. Допускается комбинировать internal и protected - тогда получится область доступа, соответствующая protected в Java.

Внутренние классы в C# имеют доступ только к статическим членам внешнего класса, а для доступа к нестатическим членам нужно явно указывать экземпляр внешнего класса. Локальные внутренние классы в C# не поддерживаются, обработка событий в нём не требует таких классов, поскольку строится на других механизмах. В обоих языках методы, по аналогии с C++ - функции, определённые в классе. Тело метода располагается внутри описания класса. Поддерживаются статические методы, абстрактные методы. В C# также есть явная реализация методов интерфейса, что позволяет классу реализовывать методы интерфейса отдельно от собственных методов или давать разные реализации одноимённых методов, принадлежащих двум разным интерфейсам. C# также поддерживает явное описание передачи параметров по ссылке (ключевые слова ref и out). При использовании out компилятор контролирует наличие в методе присваивания значения. C# позволяет создавать пользовательские типы-значения, используя ключевое слово struct. Это прямое наследие языка С++ от которого создатели Java сознательно отказались.

Java поддерживает импорт статических имён (import static) из классов, позволяющий отдельно импортировать некоторые или все статические методы и переменные класса и использовать их имена без квалификации в импортирующем модуле. В C# импортируется только сборка и при каждом использовании импортируемых статических имён требуется указывать класс.

В Java константы в операторы switch должны относиться либо к целочисленному, либо к перечислимому типу. В C# в switch можно использовать текстовые строки.

Java содержит конструкцию strictfp, гарантирующую одинаковые результаты операций с плавающей точкой на всех платформах.

C# содержит конструкции checked и unchecked, позволяющие локально включать и выключать динамическую проверку арифметического переполнения.

C# поддерживает оператор перехода goto. Обычное использование - передача управления на разные метки case в операторе switch и выход из вложенного цикла. В Java от использования goto сознательно отказались.

Java поддерживает метки в циклах и позволяет использовать их в командах break и continue, благодаря чему исключается такой повод использования goto, как выход из вложенного цикла.

C# поддерживает отдельное понятие именованной типизированной константы и ключевое слово const. В Java констант как таковых нет, вместо них используются статические переменные класса с модификатором final - эффект от их использования точно такой же.

Разработка транслятора

Разработка лексического анализатораАлфавит языкаБольшие и малые буквы английского алфавита: a..z, A..ZЦифры: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9.Другие символы: `<', `>', `:', `, ', `'', `;', `{», `}', `(», `)'Классы лексем

зарезервированные слова;

знаки операций и разделители;

литералы;

идентификаторы

Лексика языков1. Класс идентификаторы: к этому классу относятся все наборы цепочек, кроме зарезервированных слов2. Класс зарезервированных слов:2.1 Для C#using, class, int, float, char, public, protected, private, return, namespace2.2 Для Javausing, class, int, float, char, public, protected, private, return3. Класс знаков операций и разделителей:() {} : ; = -> . , ` *4. Класс литералов:Литерал - целочисленная или текстовая константа.Структура таблицы идентификаторов

имя	номер в классе	тип

Структура таблицы литералов

имя	тип

Разработка синтаксического анализатораГрамматика языковВ данном проекте исследуется лишь малая часть возможностей и особенностей вышеуказанных языков. В связи с этим спроектированные грамматики для этих языков будут включать лишь те структуры языка, которые нам необходимыГрамматика С#1 <программа>:= 2 <предпроцессор> 3 namespace 4 {5 <операторы> 6}7 <предпроцессор>:= 9 using 10 <предпроцессор>8 <предпроцессор>:= 11 е12 <операторы>:= 16 <класс> 17 <операторы>13 <операторы>:= 18 идентификатор 19 <продолжение1>20 <операторы>14 <операторы>:= 21 е15 <операторы>:= 22 <декларация> 23 <операторы>24 <класс>:= 25 class 26 идентификатор 27 <наследование> 28 {29 <операторы> 30} 31;32<наследование>:= 34: 35 идентификатор33<наследование>:= 36е37<продолжение1>:= 40. 41 идентификатор 42 <продолжение2> 43;38<продолжение1>:= 44 <продолжение2> 45;39<продолжение1>:= 46;47 <продолжение2>:= 49 (50)48 <продолжение2>:= 80 е51 <декларация>:= 52 <тип> 53 идентификатор 55 <продолжение3>56<продолжение3>:= 58 (59) 60 (61 <операторы> 62 return 63 литерал 64; 81)57<продолжение3>:= 65<продолжение4>66 <продолжение4>:= 68, 69 идентификатор 70 <продолжение4>67 <продолжение4>:= 71;72 <тип>:= 76 int73 <тип>:= 77 float74 <тип>:= 78 char75 <тип>:= 79 идентификаторГрамматика java1 <программа>:= 2 <предпроцессор> 3 <операторы>7 <предпроцессор>:= 9 using 10 <предпроцессор>8 <предпроцессор>:= 11 е12 <операторы>:= 16 <класс> 17 <операторы>13 <операторы>:= 18 идентификатор 19 <продолжение1>20 <операторы>14 <операторы>:= 21 е15 <операторы>:= 22 <декларация> 23 <операторы>24 <класс>:= 25 class 26 идентификатор 27 <наследование> 28 {29 <операторы> 30} 31;32<наследование>:= 34: 35 идентификатор33<наследование>:= 36е37<продолжение1>:= 40 -> 41 идентификатор 42 <продолжение2> 43;38<продолжение1>:= 44 <продолжение2> 45;39<продолжение1>:= 46;47 <продолжение2>:= 49 (50)48 <продолжение2>:= 80 е51 <декларация>:= 52 <тип> 53 <ссылка> 54 идентификатор 55 <продолжение3>56<продолжение3>:= 58 (59) 60 (61 <операторы> 62 return 63 литерал 64; 81)57<продолжение3>:= 65<продолжение4>66 <продолжение4>:= 68, 69 идентификатор 70 <продолжение4>67 <продолжение4>:= 71;72 <тип>:= 76 int73 <тип>:= 77 float74 <тип>:= 78 char75 <тип>:= 79 идентификатор82<ссылка>:= 84 *83<ссылка>:= 85 eДоказательство принадлежности к LL(1) - грамматикеС#<предпроцессор>= namespace<операторы>= идентификатор | int | float | char}<наследование>={: | {}<продолжение1>={. | (|;)<продолжение2>={(|;)<продолжение3>={(|, |;)<продолжение4>=;<тип >=int Грамматика java<предпроцессор>= int <операторы>= идентификатор <наследование>={: | {}<продолжение1>={-> | (|;)<продолжение2>={(|;)<продолжение3>={(|, |;)<продолжение4>=;<тип >= идентификатор<ссылка>=* Таблицы разбораТаблица разбора С#
№
Ожидаемый терминал
Переход
Принять
В стек
Из стека
Ошибка
1.
~
2
-
-
-
-
2.
~
7
-
-
-
-
3.
namespace
4
+
-
-
+
4.
{
5
+
-
-
+
5.
~
12
-
+
-
-
6.
}
0
+
-
+
+
7.
using
9
-
-
-
-
8.
~
11
-
-
-
-
9.
using
10
+
-
-
+
10.
~
7
-
-
-
-
11.
~
3
-
-
-
-
12.
class
16
-
-
-
-
13.
идентификатор
18
-
-
-
-
14.
}
21
-
-
-
-
15.
~
22
-
-
-
-
16.
~
24
-
+
-
-
17.
~
12
-
-
-
-
18.
идентификатор
19
+
-
-
+
19.
~
37
-
+
-
-
20.
~
12
-
-
-
-
21.
~
0
-
-
+
-
22.
~
51
-
+
-
-
23
~
12
-
-
-
-
24
~
25
-
-
-
-
25
class
26
+
-
-
+
26
идентификатор
27
+
-
-
+
27
~
32
-
+
-
-
28
{
29
+
-
-
+
29
~
12
-
+
-
-
30
)
31
+
-
-
+
31
;
0
+
-
+
+
32
:
34
-
-
-
-
33
~
36
-
-
-
-
34
:
35
+
-
-
+
35
идентификатор
0
+
-
+
+
36
~
0
-
-
+
-
37
.
40
-
-
-
-
38
(
44
-
-
-
-
39
;
46
-
-
-
+
40
.
41
+
-
-
+
41
идентификатор
42
+
-
-
+
42
~
47
-
+
-
-
43
;
0
+
-
+
+
44
~
47
-
+
-
-
45
;
0
+
-
+
+
46
;
0
+
-
+
+
47
(
49
-
-
-
-
48
~
80
-
-
-
-
49
(
50
+
-
-
+
50
)
0
+
-
+
+
51
~
52
-
-
-
-
52
~
72
-
+
-
-
53
идентификатор
55
+
-
-
+
54
55
~
56
-
-
-
-
56
(
58
-
-
-
-
57
~
65
-
-
-
-
58
(
59
+
-
-
+
59
)
60
+
-
-
+
60
{
61
+
-
-
+
61
~
12
-
+
-
-
62
return
63
+
-
-
+
63
литерал
64
+
-
-
+
64
;
81
+
-
-
+
65
~
66
-
-
-
-
66
,
68
-
-
-
-
67
;
71
-
-
-
+
68
,
69
+
-
-
+
69
идентификатор
70
+
-
-
+
70
~
66
-
-
-
-
71
;
0
+
-
+
+
72
int
76
-
-
-
-
73
float
77
-
-
-
-
74
char
78
-
-
-
-
75
идентификатор
79
-
-
-
+
76
int
0
+
-
+
+
77
float
0
+
-
+
+
78
char
0
+
-
+
+
79
идентификатор
0
+
-
+
+
80
~
0
-
-
+
-
81
}
0
+
-
+
+
Таблица разбора java

№	Ожидаемый терминал	Переход	Принять	В стек	Из стека	Ошибка
1.	~	2	-	-	-	-
2.	~	7	-	-	-	-
3.	~	12	-	-	-	-
7.	using	9	-	-	-	-
8.	~	11	-	-	-	-
9.	using	10	+	-	-	+
10.	~	7	-	-	-	-
11.	~	3	-	-	-	-
12.	class	16	-	-	-	-
13.	идентификатор	18	-	-	-	-
14.	}	21	-	-	-	-
15.	~	22	-	-	-	-
16.	~	24	-	+	-	-
17.	~	12	-	-	-	-
18.	идентификатор	19	+	-	-	+
19.	~	37	-	+	-	-
20.	~	12	-	-	-	-
21.	~	0	-	-	+	-
22.	~	51	-	+	-	-
23	~	12	-	-	-	-
24	~	25	-	-	-	-
25	class	26	+	-	-	+
26	идентификатор	27	+	-	-	+
27	~	32	-	+	-	-
28	{	29	+	-	-	+
29	~	12	-	+	-	-
30	)	31	+	-	-	+
31	;	0	+	-	+	+
32	:	34	-	-	-	-
33	~	36	-	-	-	-
34	:	35	+	-	-	+
35	идентификатор	0	+	-	+	+
36	~	0	-	-	+	-
37	->	40	-	-	-	-
38	(	44	-	-	-	-
39	;	46	-	-	-	+
40	->	41	+	-	-	+
41	идентификатор	42	+	-	-	+
42	~	47	-	+	-	-
43	;	0	+	-	+	+
44	~	47	-	+	-	-
45	;	0	+	-	+	+
46	;	0	+	-	+	+
47	(	49	-	-	-	-
48	~	80	-	-	-	-
49	(	50	+	-	-	+
50	)	0	+	-	+	+
51	~	52	-	-	-	-
52	~	72	-	+	-	-
53	~	82	-	-	+	-
54	идентификатор	55	+	-	-	+
55	~	56	-	-	-	-
56	(	58	-	-	-	-
57	~	65	-	-	-	-
58	(	59	+	-	-	+
59	)	60	+	-	-	+
60	{	61	+	-	-	+
61	~	12	-	+	-	-
62	return	63	+	-	-	+
63	литерал	64	+	-	-	+
64	;	81	+	-	-	+
65	~	66	-	-	-	-
66	,	68	-	-	-	-
67	;	71	-	-	-	+
68	,	69	+	-	-	+
69	идентификатор	70	+	-	-	+
70	~	66	-	-	-	-
71	;	0	+	-	+	+
72	int	76	-	-	-	-
73	float	77	-	-	-	-
74	char	78	-	-	-	-
75	идентификатор	79	-	-	-	+
76	int	0	+	-	+	+
77	float	0	+	-	+	+
78	char	0	+	-	+	+
79	идентификатор	0	+	-	+	+
80	~	0	-	-	+	-
81	}	0	+	-	+	+
82	*	84	-	-	-	-
83	~	85	-	-	-	-
84	*	0	+	-	+	+
85	~	0	-	-	+	-

Разработка программыКлассовая модельДиаграмма прецедентовДиаграмма классовАнализ результатов работы программы и выводыОба анализируемых языка - объектно-ориентированные, с синтаксисом, унаследованным от C++, но значительно переработанным. Следовательно, они имеют много общего, например, при анализе проектов, мы используем один общий класс разделителей и знаков операций.Классы зарезервированных слов для каждого языка отличаются. В данном проекте исследуется лишь малая часть возможностей и особенностей вышеуказанных языков. В связи с этим, классы зарезервированных слов для этих языков будут включать лишь те ключевые слова и операторы, которые нам необходимы.Проект позволяет проанализировать взаимодействие между классами и вывести результат в файл *.xml. Достаточно много времени было потрачено именно на вывод результата в *.xml, так как ранее с подобными задачами не сталкивались.При реализации были выполнены критерии ООП и модульности, расставлены комментарии (по атрибутам, методам, по параметрам методов, классам).Проект может существовать как автономное приложение, однако, на мой взгляд, его можно дополнить и доработать функционально, расширить классы зарезервированных слов, внести изменения в LL(1) - грамматику и т.д.На данном этапе разработки программа работает корректно, четко выполняет поставленные требования.Список используемой литературы1. Р. Хантер Проектирование и конструирование компиляторов2. http://www.linuxcenter.ru/lib/articles/programming3. Джеффри Рихтер CLR via C# // М., Издательство «Русская редакция», 20074. http://javaportal.ru/5. Конспект лекций по ТОПТ