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UltraDemo —— 数据结构实验平台

传统数据结构教学中,老师站在讲台上讲课,放着PPT,而学生坐在下面神游。 原因何在?因为学生缺乏实践机会,所以注意力难以集中。

于是UltraDemo诞生了! UltraDemo提供一个自己动手实践的平台,我们可以在UltraDemo中编程,并且可以对数据结构可视化。 这个是一个编程实践平台,可以在上面写代码,编译,执行,并且可以查看图形化的数据结构。UltraDemo支持单步执行,支持断点,支持查看当前作用域的变量,支持自动执行,支持自动执行速度选择,支持动画。

UltraDemo已经开源~

源码:https://github.com/cedricporter/UltraDemo

UltraDemo主要提供以下的功能:

  1. 用户可以在Ultra Demo中编写类C语言的代码,并编译执行。这使UltraDemo不仅仅是一款演示软件,也是一个非常优秀的实验平台。

  2. 用户可为自己编写的代码选择相应的演示动画模块。这样,在代码运行时,用户就可以获得可视化的结果输出。

  3. UltraDemo还提供断点调试功能。用户可通过输出窗口和内存窗口监视代码的运行状况。

  4. 由于动画模块是以dll插件形式集成到UltraDemo中的,因此高级用户可以根据我们提供的接口,自己编写自己的动画模块。

UltraDemo可将源代码编译产生的中间代码和汇编代码输出供用户学习。

运行截图

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Untitled

技术架构

UltraDemo主要由三大模块组成,分别是编译解释模块,控制器模块和动画模块。其中编译解释模块以C++编写,控制模块和动画模块在WPF/C#中完成。

clip_image002[6]

编译解释模块:

现有的所有调试器都可分为两大类。第一类调试器利用处理器提供的调试工具,而第二类调试器自行仿真处理器并完全控制所调试程序的执行过程。

因为前者性能低下,所以我们采用后者,仿真处理器进行调试。

控制器模块:

其它两个模块将被编译成dll文件,被控制器模块调用。控制器模块负责初始化这两个模块的实例。对于编译解释模块,控制器模块提供解释运行速度的控制,包括断点,单步,暂停等。对于动画模块,控制器模块提供插件扫描和动画帧率控制。值得一提的是,解释运行速度和动画运行速度并不是绑定的。当解释器以单步运行时,动画模块依旧在以60帧每秒的速度播放动画。然而,控制模块提供了使两个模块同步的机制,使得动画不会提前或延后于解释器完成。

动画模块:

动画模块监视内存中的关键变量,并通过这些变量的状态来控制动画的进程。比如汉诺塔动画,动画模块只要监视三个变量(汉诺塔层数size,离开的柱子start和进入的柱子goal),就可以通过监视这些变量的数值改变来完成动画。首先动画模块将需要监视的变量的变量名传给控制器,在代码运行时,控制器就会将相应变量的内存地址回传给动画模块。由于动画模块被设计为“即插即用”,因此新增特定的动画并不需要重新编译主程序。

UltraDemo文法

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Program -> external_declaration
external_declaration -> Func_definitions
| external_decl_stmt
Func_definitions -> {Func_definition}+
Func_definition -> type id “(“ param_type_list “)” block
external_decl_stmt ->
| type declarators “;”
Type -> int
| float
| double
| char
| long
| ………….
Param_type_list -> type id {type_param}*
|
Type_param -> “,” type id
|
Block -> “{“ stmts “}”
Stmts -> decl_stmt
| if_stmt
| while_stmt
| for_stmt
| dowhile_stmt
| switch_stmt
| return_stmt
| assign
|
Decl_stmt ->
| type declarators “;”
Declarators -> declarator { “,” declarator }
Declarator -> {Pointer}? id { arrayDeclarator} ? assignForDecl
Pointer -> “*” {pointer}?
arrayDeclarator -> “[“ {const_expr}? “]” {arrayDeclarator}?
const_expr -> conditional_expr
conditional_expr -> logical_expr
| logical_expr “?” expr : conditional_expr
assignForDecl ->
| “=” expr
factor -> num
| “(“ expr “)”
| abstract_declarator
abstract_declarator -> id
| id “[“ expr “]”
| id “(“ param_list “)”
| id “->” abstract_declarator
| id “.” abstract_declarator
param_list ->
| param { “,” param }*
param -> expr
if_stmt -> “if” “(“ expr “)” compound_stmt
compound_stmt -> block
| stmt
while_stmt -> “while” “(“ expr “)” compound_stmt
assign -> Declarator “=” expr
expr -> assignment_expr {“,” assignment_expr }+
assignment_expr -> conditional_expr
| unary_expr assgnment_op assignment_expr
assgnment_op -> “=”
| “+=”
| …
unary_op -> “&”
| “+”
| “*”
| …
unary_expr -> postfix_expr
| “++” unary_expr
| “—“ unary_expr
| unary_op cast_expr
cast_expr -> unary_expr
| “(“ type_name “)” cast_expr
postfix_expr -> primary_expr { postfix_op }+
postfix_op -> “[“ expr “]”
| “(“ assignment_expr “)”
| “->” id
| “.” Id
| “++”
| “—“
primary_expr -> id
| constant
| string
| “(“ expr “)”
constant -> integer_const
| char_const
| floating_const
| enum_const


格式化文法的工具请见:http://everet.org/2012/03/the-format-grammer.html

UltraDemo开发人员

华亮 屠文翔 杨旭瑜 罗嘉飞 安迪 杨明锦

UltraDemo的曾经的点滴:http://everet.org/2012/02/ultrademo-interface-rewritten-in-c.html

项目即将开源,敬请期待~~~