编译原理实验报告《LL(1)语法分析器构造》

《LL（1）分析器的构造》实验报告一、实验名称LL(1)分析器的构造二、实验目的设计、编制、调试一个LL(1)语法分析器，利用语法分析器对符号串的识别，加深对语法分析原理的理解。

三、实验内容和要求设计并实现一个LL(1)语法分析器，实现对算术文法:G[E]:E->E+T|TT->T*F|FF->(E)|i所定义的符号串进行识别，例如符号串i+i*i为文法所定义的句子，符号串ii+++*i+不是文法所定义的句子。

实验要求:1、检测左递归，如果有则进行消除；2、求解FIRST集和FOLLOW集；3、构建LL(1)分析表；4、构建LL分析程序，对于用户输入的句子，能够利用所构造的分析程序进行分析，并显示出分析过程。

四、主要仪器设备硬件：微型计算机。

软件： Code blocks（也可以是其它集成开发环境）。

五、实验过程描述1、程序主要框架程序中编写了以下函数，各个函数实现的作用如下：void input_grammer(string *G);//输入文法Gvoid preprocess(string *G,string *P,string &U,string &u,int &n,int &t,int &k);//将文法G预处理得到产生式集合P，非终结符、终结符集合U、u，int eliminate_1(string *G,string *P,string U,string *GG);//消除文法G中所有直接左递归得到文法GGint* ifempty(string* P,string U,int k,int n);//判断各非终结符是否能推导为空string* FIRST_X(string* P,string U,string u,int* empty,int k,int n)；求所有非终结符的FIRST集string FIRST(string U,string u,string* first,string s)；//求符号串s=X1X2...Xn的FIRST集string** create_table(string *P,string U,string u,int n,int t,int k,string* first)；//构造分析表void analyse(string **table,string U,string u,int t,string s)；//分析符号串s2、编写的源程序#include<cstdio>#include<cstring>#include<iostream>using namespace std;void input_grammer(string *G)//输入文法G,n个非终结符{int i=0;//计数char ch='y';while(ch=='y'){cin>>G[i++];cout<<"继续输入?(y/n)\n";cin>>ch;}}void preprocess(string *G,string *P,string &U,string &u,int &n,int &t,int &k)//将文法G预处理产生式集合P，非终结符、终结符集合U、u，{int i,j,r,temp;//计数char C;//记录规则中（）后的符号int flag;//检测到（）n=t=k=0;for( i=0;i<50;i++) P[i]=" ";//字符串如果不初始化，在使用P[i][j]=a时将不能改变，可以用P[i].append(1,a)U=u=" ";//字符串如果不初始化，无法使用U[i]=a赋值，可以用U.append(1,a) for(n=0;!G[n].empty();n++){ U[n]=G[n][0];}//非终结符集合，n为非终结符个数for(i=0;i<n;i++){for(j=4;j<G[i].length();j++){if(U.find(G[i][j])==string::npos&&u.find(G[i][j])==string::npos)if(G[i][j]!='|'&&G[i][j]!='^')//if(G[i][j]!='('&&G[i][j]!=')'&&G[i][j]!='|'&&G[i][j]!='^')u[t++]=G[i][j];}}//终结符集合，t为终结符个数for(i=0;i<n;i++){flag=0;r=4;for(j=4;j<G[i].length();j++){P[k][0]=U[i];P[k][1]=':';P[k][2]=':';P[k][3]='=';/* if(G[i][j]=='('){ j++;flag=1;for(temp=j;G[i][temp]!=')';temp++);C=G[i][temp+1];//C记录（）后跟的字符，将C添加到（）中所有字符串后面}if(G[i][j]==')') {j++;flag=0;}*/if(G[i][j]=='|'){//if(flag==1) P[k][r++]=C;k++;j++;P[k][0]=U[i];P[k][1]=':';P[k][2]=':';P[k][3]='=';r=4;P[k][r++]=G[i][j];}else{P[k][r++]=G[i][j];}}k++;}//获得产生式集合P，k为产生式个数}int eliminate_1(string *G,string *P,string U,string *GG)//消除文法G1中所有直接左递归得到文法G2，要能够消除含有多个左递归的情况）{string arfa,beta;//所有形如A::=Aα|β中的α、β连接起来形成的字符串arfa、betaint i,j,temp,m=0;//计数int flag=0;//flag=1表示文法有左递归int flagg=0;//flagg=1表示某条规则有左递归char C='A';//由于消除左递归新增的非终结符，从A开始增加，只要不在原来问法的非终结符中即可加入for(i=0;i<20&&U[i]!=' ';i++){ flagg=0;arfa=beta="";for(j=0;j<100&&P[j][0]!=' ';j++){if(P[j][0]==U[i]){if(P[j][4]==U[i])//产生式j有左递归{flagg=1;for(temp=5;P[j][temp]!=' ';temp++) arfa.append(1,P[j][temp]);if(P[j+1][4]==U[i]) arfa.append("|");//不止一个产生式含有左递归}else{for(temp=4;P[j][temp]!=' ';temp++) beta.append(1,P[j][temp]);if(P[j+1][0]==U[i]&&P[j+1][4]!=U[i]) beta.append("|");}}}if(flagg==0)//对于不含左递归的文法规则不重写{GG[m]=G[i]; m++;}else{flag=1;//文法存在左递归GG[m].append(1,U[i]);GG[m].append("::=");if(beta.find('|')!=string::npos) GG[m].append("("+beta+")");else GG[m].append(beta);while(U.find(C)!=string::npos){C++;}GG[m].append(1,C);m++;GG[m].append(1,C);GG[m].append("::=");if(arfa.find('|')!=string::npos) GG[m].append("("+arfa+")");else GG[m].append(arfa);GG[m].append(1,C);GG[m].append("|^");m++;C++;}//A::=Aα|β改写成A::=βA‘，A’=αA'|β，}return flag;}int* ifempty(string* P,string U,int k,int n){int* empty=new int [n];//指示非终结符能否推导到空串int i,j,r;for(r=0;r<n;r++) empty[r]=0;//默认所有非终结符都不能推导到空int flag=1;//1表示empty数组有修改int step=100;//假设一条规则最大推导步数为100步while(step--){for(i=0;i<k;i++){r=U.find(P[i][0]);if(P[i][4]=='^') empty[r]=1;//直接推导到空else{for(j=4;P[i][j]!=' ';j++){if(U.find(P[i][j])!=string::npos){if(empty[U.find(P[i][j])]==0) break;}else break;}if(P[i][j]==' ') empty[r]=1;//多步推导到空else flag=0;}}}return empty;}string* FIRST_X(string* P,string U,string u,int* empty,int k,int n){int i,j,r,s,tmp;string* first=new string[n];char a;int step=100;//最大推导步数while(step--){// cout<<"step"<<100-step<<endl;for(i=0;i<k;i++){//cout<<P[i]<<endl;r=U.find(P[i][0]);if(P[i][4]=='^'&&first[r].find('^')==string::npos) first[r].append(1,'^');//规则右部首符号为空else{for(j=4;P[i][j]!=' ';j++){a=P[i][j];if(u.find(a)!=string::npos&&first[r].find(a)==string::npos)//规则右部首符号是终结符{first[r].append(1,a);break;//添加并结束}if(U.find(P[i][j])!=string::npos)//规则右部首符号是非终结符,形如X：：=Y1Y2...Yk{s=U.find(P[i][j]);//cout<<P[i][j]<<":\n";for(tmp=0;first[s][tmp]!='\0';tmp++){a=first[s][tmp];if(a!='^'&&first[r].find(a)==string::npos)//将FIRST[Y1]中的非空符加入first[r].append(1,a);}}if(!empty[s]) break;//若Y1不能推导到空，结束}if(P[i][j]==' ')if(first[r].find('^')==string::npos)first[r].append(1,'^');//若Y1、Y2...Yk都能推导到空，则加入空符号}}}return first;}string FIRST(string U,string u,string* first,string s)//求符号串s=X1X2...Xn的FIRST集{int i,j,r;char a;string fir;for(i=0;i<s.length();i++){if(s[i]=='^') fir.append(1,'^');if(u.find(s[i])!=string::npos&&fir.find(s[i])==string::npos){ fir.append(1,s[i]);break;}//X1是终结符，添加并结束循环if(U.find(s[i])!=string::npos)//X1是非终结符{r=U.find(s[i]);for(j=0;first[r][j]!='\0';j++){a=first[r][j];if(a!='^'&&fir.find(a)==string::npos)//将FIRST(X1)中的非空符号加入fir.append(1,a);}if(first[r].find('^')==string::npos) break;//若X1不可推导到空，循环停止}if(i==s.length())//若X1-Xk都可推导到空if(fir.find(s[i])==string::npos) //fir中还未加入空符号fir.append(1,'^');}return fir;}string** create_table(string *P,string U,string u,int n,int t,int k,string* first)//构造分析表，P为文法G的产生式构成的集合{int i,j,p,q;string arfa;//记录规则右部string fir,follow;string FOLLOW[5]={")#",")#","+)#","+)#","+*)#"};string **table=new string*[n];for(i=0;i<n;i++) table[i]=new string[t+1];for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<t+1;j++)table[i][j]=" ";//table存储分析表的元素，“ ”表示error for(i=0;i<k;i++){arfa=P[i];arfa.erase(0,4);//删除前4个字符，如：E::=E+T,则arfa="E+T"fir=FIRST(U,u,first,arfa);for(j=0;j<t;j++){p=U.find(P[i][0]);if(fir.find(u[j])!=string::npos){q=j;table[p][q]=P[i];}//对first（）中的每一终结符置相应的规则}if(fir.find('^')!=string::npos){follow=FOLLOW[p];//对规则左部求follow()for(j=0;j<t;j++){if((q=follow.find(u[j]))!=string::npos){q=j;table[p][q]=P[i];}//对follow（）中的每一终结符置相应的规则}table[p][t]=P[i];//对#所在元素置相应规则}}return table;}void analyse(string **table,string U,string u,int t,string s)//分析符号串s{string stack;//分析栈string ss=s;//记录原符号串char x;//栈顶符号char a;//下一个要输入的字符int flag=0;//匹配成功标志int i=0,j=0,step=1;//符号栈计数、输入串计数、步骤数int p,q,r;string temp;for(i=0;!s[i];i++){if(u.find(s[i])==string::npos)//出现非法的符号cout<<s<<"不是该文法的句子\n";return;}s.append(1,'#');stack.append(1,'#');//’#’进入分析栈stack.append(1,U[0]);i++;//文法开始符进入分析栈a=s[0];//cout<<stack<<endl;cout<<"步骤分析栈余留输入串所用产生式\n";while(!flag){// cout<<"步骤分析栈余留输入串所用产生式\n"cout<<step<<" "<<stack<<" "<<s<<" ";x=stack[i];stack.erase(i,1);i--;//取栈顶符号x,并从栈顶退出//cout<<x<<endl;if(u.find(x)!=string::npos)//x是终结符的情况{if(x==a){s.erase(0,1);a=s[0];//栈顶符号与当前输入符号匹配，则输入下一个符号cout<<" \n";//未使用产生式，输出空}else{cout<<"error\n";cout<<ss<<"不是该文法的句子\n";break;}}if(x=='#'){if(a=='#') {flag=1;cout<<"成功\n";}//栈顶和余留输入串都为#，匹配成功else{cout<<"error\n";cout<<ss<<"不是该文法的句子\n";break;}}if(U.find(x)!=string::npos)//x是非终结符的情况{p=U.find(x);q=u.find(a);if(a=='#') q=t;temp=table[p][q];cout<<temp<<endl;//输出使用的产生式if(temp[0]!=' ')//分析表中对应项不为error{r=9;while(temp[r]==' ') r--;while(r>3){if(temp[r]!='^'){stack.append(1,temp[r]);//将X::=x1x2...的规则右部各符号压栈i++;}r--;}}else{cout<<"error\n";cout<<ss<<"不是该文法的句子\n";break;}}step++;}if(flag) cout<<endl<<ss<<"是该文法的句子\n";}int main(){int i,j;string *G=new string[50];//文法Gstring *P=new string[50];//产生式集合Pstring U,u;//文法G非终结符集合U，终结符集合uint n,t,k;//非终结符、终结符个数,产生式数string *GG=new string[50];//消除左递归后的文法GGstring *PP=new string[50];//文法GG的产生式集合PPstring UU,uu;//文法GG非终结符集合U，终结符集合uint nn,tt,kk;//消除左递归后的非终结符、终结符个数,产生式数string** table;//分析表cout<<" 欢迎使用LL(1)语法分析器!\n\n\n";cout<<"请输入文法（同一左部的规则在同一行输入，例如：E::=E+T|T；用^表示空串）\n";input_grammer(G);preprocess(G,P,U,u,n,t,k);cout<<"\n该文法有"<<n<<"个非终结符：\n";for(i=0;i<n;i++) cout<<U[i];cout<<endl;cout<<"该文法有"<<t<<"个终结符：\n";for(i=0;i<t;i++) cout<<u[i];cout<<"\n\n 左递归检测与消除\n\n";if(eliminate_1(G,P,U,GG)){preprocess(GG,PP,UU,uu,nn,tt,kk);cout<<"该文法存在左递归！\n\n消除左递归后的文法:\n\n"; for(i=0;i<nn;i++) cout<<GG[i]<<endl;cout<<endl;cout<<"新文法有"<<nn<<"个非终结符：\n";for(i=0;i<nn;i++) cout<<UU[i];cout<<endl;cout<<"新文法有"<<tt<<"个终结符：\n";for(i=0;i<tt;i++) cout<<uu[i];cout<<endl;//cout<<"新文法有"<<kk<<"个产生式：\n";//for(i=0;i<kk;i++) cout<<PP[i]<<endl;}else{cout<<"该文法不存在左递归\n";GG=G;PP=P;UU=U;uu=u;nn=n;tt=t;kk=k;}cout<<" 求解FIRST集\n\n";int *empty=ifempty(PP,UU,kk,nn);string* first=FIRST_X(PP,UU,uu,empty,kk,nn);for(i=0;i<nn;i++)cout<<"FIRST("<<UU[i]<<"): "<<first[i]<<endl;cout<<" 求解FOLLOW集\n\n";for(i=0;i<nn;i++)cout<<"FOLLOW("<<UU[i]<<"): "<<FOLLOW[i]<<endl; cout<<"\n\n 构造文法分析表\n\n"; table=create_table(PP,UU,uu,nn,tt,kk,first);cout<<" ";for(i=0;i<tt;i++) cout<<" "<<uu[i]<<" ";cout<<"# "<<endl;for( i=0;i<nn;i++){cout<<UU[i]<<" ";for(j=0;j<t+1;j++)cout<<table[i][j];cout<<endl;}cout<<"\n\n 分析符号串\n\n";cout<<"请输入要分析的符号串\n";cin>>s;analyse(table,UU,uu,tt,s);return 0;}3、程序演示结果（1）输入文法（2）消除左递归（3）求解FIRST和FOLLOW集（4）构造分析表（5）分析符号串匹配成功的情况：匹配失败的情况五、思考和体会1、编写的LL(1)语法分析器应该具有智能性，可以由用户输入任意文法，不需要指定终结符个数和非终结符个数。