编译原理实验五：LR语法分析器的控制程序

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实验五 LR语法分析器的控制程序

一、实验内容

编程实现LR语法分析器的控制程序。

二、实验目的

1.掌握SLR（1）分析表的构造。
2.掌握LR语法分析器的分析过程，具体来讲就是控制程序是如何根据LR分析表来工作的。

三、实验要求

1. 写好实验预习报告。
2. 编写上机源程序和测试程序。
3. 写出实验结果。
4. 实验完后要上交实验报告 。

四、相关说明

（一）SLR（1）分析表构造示例

已知文法G[E]：
E→E+T|T
T→T*F|F
F→(E)|i

构造其SLR（1）分析表，步骤如下：

1. 预备工作
   • 引入产生式S’→E，将文法拓广成G’[S’]。
   • 为产生式编号：
     S’→E
     E→E+T
     E→T
     T→T*F
     T→F
     F→(E)
     F→i
   • 构造文法的状态转换函数GO（I,X）和项目集规范族。
   • 计算非终结符号的follow集：
     follow(S’)={#}
     follow(E)={#,+, )}
     follow(T)={#,+, ),}
     follow(F)={#,+, ),}
2. 构造分析表：得到的SLR（1）分析表如下：

	+	*	（	）	i	#	E	T	F
0	0	0	s4	0	s5	0	1	2	3
1	s6	0	0	0	0	Acc	0	0	0
2	r2	s7	0	r2	0	r2	0	0	0
3	r4	r4	0	r4	0	r4	0	0	0
4	0	0	s4	0	s5	0	8	2	3
5	r6	r6	0	r6	0	r6	0	0	0
6	0	0	s4	0	s5	0	0	9	3
7	0	0	s4	0	s5	0	0	0	10
8	s6	s6	0	s11	0	0	0	0	0
9	r1	r1	s7	r1	0	r1	0	0	0
10	r3	r3	r3	r3	0	r3	0	0	0
11	r5	r5	r5	r5	0	r5	0	0	0

分析表不含多重定义，该分析表是SLR(1)分析表，相应文法为SLR（1）文法。SLR（1）分析法虽理论上不严格，但很实用且容易实现，能解决大部分语言的识别问题。若要更严格精确地向前看一个输入符号，需使用规范LR分析法（LR（1）分析法）。

（二）LR语法分析器分析过程示例

假设源程序为“ab+c”，经词法分析用单词种别表示为“ii+i#” 。利用上述SLR（1）分析表，手工模拟语法分析器的计算过程如下：

step	状态栈	符号栈	输入符号	动作
0)	0	#	i*i+i#	初始
1)	05	#i	*i+i#	移进
2)	03	#F	*i+i#	归约
3)	02	#T	*i+i#	归约
4)	027	#T*	i+i#	移进
5)	0275	#T*i	+i#	移进
6)	02710	#T*F	+i#	归约
7)	02	#T	+i#	归约
8)	01	#E	+i#	归约
9)	016	#E+	i#	移进
10)	0165	#E+i	#	移进
11)	0163	#E+F	#	归约
12)	0169	#E+T	#	归约
13)	01	#E	#	归约
				Acc（接受）

分析过程中，栈中元素构成规范句型的活前缀，加上输入串余下部分为规范句型。一旦栈顶出现句柄，马上归约成产生式左部符号。控制程序算法如下：

1. 移进：若M[Stop][t.code]=sj，说明句柄尚未形成，执行移进操作。将j移入状态栈，t.code移入符号栈，j成为新的栈顶状态Stop，读下一个单词。
2. 归约：若M[Stop][t.code]=rk，说明句柄已出现在栈顶，用编号为K的产生式A→β进行归约。假设LEN(β)=r，M[Stop-r][A]=j。先将栈顶r个元素出栈，再将j和A分别移入状态栈和符号栈，j成为新的栈顶状态Stop，当前处理单词不变。
3. 接受：M[Stop][t.code]=Acc，表示输入串是合法句子，程序终止运行。
4. 出错：M[Stop][t.code]=空白，表示出错，最简单处理为程序终止运行。

（三）C语言实现LR语法分析器总控程序

以例1中的SLR（1）分析表为例，用C语言实现LR语法分析器的总控程序。为直观起见，产生式按原样储存。产生式的左部符号为p[i][0]，产生式右部符号串长度为strlen(p[i]) - 3（ɛ产生式右部符号串长度为0单独计算）。将SLR（1）分析表数字化，si改用i表示，rj改用 - j表示，Acc用99表示，出错用0表示。总控程序源代码如下：

#include <fstream>
using namespace std;
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>struct code_val{char code; char val[20];
};// 产生式
const char *p[]={"S’→E", "E→E+T", "E→T", "T→T*F", "T→F", "F→(E)", "F→i"
};const char TNT[]="+*()i#ETF";// LR分析表数字化，列字符+*()i#ETF用数字012345678标识
const int M[][9]={{0, 0, 4, 0, 5, 0, 1, 2, 3},{6, 0, 0, 0, 0, 99},{-2, 7, 0, -2, 0, -2},{-4, -4, 0, -4, 0, -4},{0, 0, 4, 0, 5, 0, 8, 2, 3},{-6, -6, 0, -6, 0, -6},{0, 0, 4, 0, 5, 0, 0, 9, 3},{0, 0, 4, 0, 5, 0, 0, 0, 10},{6, 0, 0, 11},{-1, 7, 0, -1, 0, -1},{-3, -3, 0, -3, 0, -3},{-5, -5, 0, -5, 0, -5}
};int col(char); void main() {// 状态栈初值int state[50]={0}; // 符号栈初值char symbol[50]={'#'}; // 栈顶指针初值int top=0; // 语法分析结果输出至文件par_r.txtofstream coutf("par_r.txt"); // lex_r.txt存放词法分析结果，语法分析器从该文件输入数据ifstream cinf("lex_r.txt"); // 结构变量，存放单词二元式struct code_val t; // 读一个单词cinf >> t.code >> t.val; int action; int i,j=0; // 输出标题（并非必要）coutf << "step\t状态栈\t符号栈\t输入符号" << endl; do{// 输出step（并非必要）coutf << j++ << ") " << '\t'; for(i=0;i<=top;i++) coutf << state[i] << " "; coutf << '\t'; for(i=0;i<=top;i++) coutf << symbol[i]; // 输出当前输入符号（单词种别，并非必要）coutf << '\t' << t.code << endl; action = M[state[top]][col(t.code)]; // 移进if(action > 0 && action != 99){ state[++top]=action; symbol[top]=t.code; // 读下一个单词cinf >> t.code >> t.val; }// 归约else if(action < 0){ // ε产生式的右部符号串长度为0，无需退栈if(strcmp(p[-action]+3,"ε")){ // "→"为汉字，占二字节，故减3top = top-(strlen(p[-action])-3); }state[top + 1]=M[state[top]][col(p[-action][0])]; symbol[++top]=p[-action][0]; }// 接受else if(action == 99){ coutf << "\tAcc" << endl; break;}// 出错else{ coutf << "Err in main()>" << action << endl; break;}}while(1); 
}int col(char c) { for(int i=0;i<(int)strlen(TNT);i++){if(c == TNT[i]) return i; }cout << "Err in col char>" << c << endl; exit(0); 
}

假设源程序“a*b+c”的单词二元式存放于文件lex_r.txt中，控制程序处理结果保存在文件par_r.txt中，与手工计算结果一致。

程序中的常量p（产生式）、TNT（列字符）、M（分析表）与文法有关。当控制程序用于其他场合时，修改这些常量值即可，程序其余部分无需改动。

（四）另一个文法分析示例

考虑文法G[S’]：
① S’→S
② S→(S)
③ S→ε

分析步骤如下：

1. 构造识别该文法的所有规范句型的活前缀的DFA。
2. 对归约项目左部符号求FOLLOW集，FOLLOW(S)={），# }。
3. 根据SLR(1)分析表的构造方法，由它的DFA得到分析表如下：

状态	（	）	#	S
0	S2	r2	r2	1
1			Acc
2	S2	r2	r2	3
3		S4
4		r1	r1

五、参考代码

#include <fstream>
using namespace std;
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>// 定义存储单词二元式的结构体
struct code_val {char code;char val[20];
};// 产生式
const char* p[] = {"S’→E", "E→E+T", "E→T", "T→T*F", "T→F", "F→(E)", "F→i"
};// LR分析表列的字符
const char TNT[] = "+*()i#ETF";// LR分析表数字化，列字符+*()i#ETF用数字012345678标识
const int M[][9] = {{0, 0, 4, 0, 5, 0, 1, 2, 3},{6, 0, 0, 0, 0, 99},{-2, 7, 0, -2, 0, -2},{-4, -4, 0, -4, 0, -4},{0, 0, 4, 0, 5, 0, 8, 2, 3},{-6, -6, 0, -6, 0, -6},{0, 0, 4, 0, 5, 0, 0, 9, 3},{0, 0, 4, 0, 5, 0, 0, 0, 10},{6, 0, 0, 11},{-1, 7, 0, -1, 0, -1},{-3, -3, 0, -3, 0, -3},{-5, -5, 0, -5, 0, -5}
};// 列定位函数，将字符+*()i#ETF分别转换为数字012345678
int col(char c) {for (int i = 0; i < (int)strlen(TNT); i++) {if (c == TNT[i]) return i;}cout << "Err in col char>" << c << endl;exit(0); // 终止程序运行
}int main() {// 状态栈初值int state[50] = { 0 };// 符号栈初值char symbol[50] = { '#' };// 栈顶指针初值int top = 0;// 语法分析结果输出至文件par_r.txtofstream coutf("par_r.txt");// lex_r.txt存放词法分析结果，语法分析器从该文件输入数据ifstream cinf("lex_r.txt");// 结构变量，存放单词二元式struct code_val t;// 读一个单词cinf >> t.code >> t.val;int action;// 输出时使用的计数器，并非必要int i, j = 0;// 输出标题，并非必要coutf << "step\t状态栈\t符号栈\t输入符号" << endl;do {// 输出step，并非必要coutf << j++ << ") " << '\t';for (i = 0; i <= top; i++) coutf << state[i] << " ";coutf << '\t';for (i = 0; i <= top; i++) coutf << symbol[i];coutf << '\t' << t.code << endl;action = M[state[top]][col(t.code)];// 移进if (action > 0 && action != 99) {state[++top] = action;symbol[top] = t.code;// 读下一个单词cinf >> t.code >> t.val;}// 归约else if (action < 0) {// ε产生式的右部符号串长度为0，无需退栈if (strcmp(p[-action] + 3, "ε")) {// "→"为汉字，占二字节，故减3top = top - (strlen(p[-action]) - 3);}state[top + 1] = M[state[top]][col(p[-action][0])];symbol[++top] = p[-action][0];}// 接受else if (action == 99) {coutf << "\tAcc" << endl;break;}// 出错else {coutf << "Err in main()>" << action << endl;break;}} while (1);return 0;
}

六、操作步骤

1，双击程序快捷图标启动程序（可使用其他c++集中环境的程序）。

2，单击【新建项目】。

3，选择【空项目】——输入项目名称【shiyan5】——单击【确认】按钮。

4，右击【源文件】——选择【添加】——单击【新建项】。

5，选择【C++文件】——输入项目文件名称【shiyan5.cpp】——单击【添加】按钮。

6，将上述的参考代码粘贴到shiyan5.cpp文件的内容中。

7，创建测试文件lex_r.txt，右击【资源文件】——选择【添加】——单击【新建项】。

8，这里不选择文件格式，直接输入完整的文件名【lex_r.txt】——单击【添加】按钮。

9，将下面的测试内容添加到文件lex_r.txt中。

i a
* nul
i b
+ nul
i c
# nul

10，添加完成后，保持文件。

11，创建输出结果的文件par_r.txt，右击【资源文件】——选择【添加】——单击【新建项】。

12，输入文件名【par_r.txt】——单击【添加】按钮。

13，创建完成即可，不要添加任何内容。

14，右击【shiyan5.cpp】文件——单击【编译】。

15，如下图编译成功。

16，单击绿色的【运行按钮】，运行项目。

17，par_r.txt文件输出的运行结果。

七，运行结果

（一）lex_r.txt文件

i a
* nul
i b
+ nul
i c
# nul

（二）par_r.txt文件

step	状态栈	符号栈	输入符号
0) 	0 	#	i
1) 	0 5 	#i	*
2) 	0 3 	#F	*
3) 	0 2 	#T	*
4) 	0 2 7 	#T*	i
5) 	0 2 7 5 	#T*i	+
6) 	0 2 7 10 	#T*F	+
7) 	0 2 	#T	+
8) 	0 1 	#E	+
9) 	0 1 6 	#E+	i
10) 	0 1 6 5 	#E+i	#
11) 	0 1 6 3 	#E+F	#
12) 	0 1 6 9 	#E+T	#
13) 	0 1 	#E	#Acc