编译原理实验报告5-语法分析程序的设计(2)

实验5 语法分析程序的设计（2）一、实验目的通过设计、编制、调试一个典型的语法分析程序，实现对词法分析程序所提供的单词序列进行语法检查和结构分析，进一步掌握常用的语法分析中算法优先分析方法。

二、实验内容设计一个文法的算法优先分析程序，判断特定表达式的正确性。

三、实验要求1、给出文法如下：G[E]E->T|E+T;T->F|T*F;F->i|(E);可以构造算符优先表如下：+ * ( ) i+*()i2、计算机中表示上述优先关系，优先关系的机内存放方式有两种1）直接存放，2）为优先关系建立优先函数，这里由学生自己选择一种方式；1、给出算符优先分析算法如下：k:=1; S[k]:=‘#’;REPEAT把下一个输入符号读进a中；IF S[k]∈V T THEN j:=k ELSE j:=k-1;WHILE S[j] a DOBEGINREPEATQ:=S[j];IF S[j-1]∈V T THEN j:=j-1 ELSE j:=j-2UNTIL S[j] Q把S[j+1]…S[k]归约为某个N；k:=j+1;S[k]:=N;END OF WHILE;IF S[j] a OR S[j] a THENBEGINk:=k+1;S[k]:=aENDELSE ERRORUNTIL a=‘#’1、根据给出算法，利用适当的数据结构实现算符优先分析程序；2、利用算符优先分析程序完成下列功能：1）手工将测试的表达式写入文本文件，每个表达式写一行，用“；”表示结束；2）读入文本文件中的表达式；3）调用实验2中的词法分析程序搜索单词；4）把单词送入算法优先分析程序，判断表达式是否正确（是否是给出文法的语言），若错误，应给出错误信息；5）完成上述功能，有余力的同学可以对正确的表达式计算出结果。

四、实验环境PC微机DOS操作系统或Windows 操作系统Turbo C 程序集成环境或Visual C++ 程序集成环境五、实验步骤1、分析文法中终结符号的优先关系；2、存放优先关系或构造优先函数；3、利用算符优先分析的算法编写分析程序；4、写测试程序，包括表达式的读入和结果的输出；5、程序运行效果，测试数据可以参考下列给出的数据。

六、测试数据输入数据：编辑一个文本文文件expression.txt，在文件中输入如下内容：10;1+2;(1+2)*3+(5+6*7);((1+2)*3+4;1+2+3+(*4+5);(a+b)*(c+d);((ab3+de4)**5)+1;正确结果：（1）10;输出：正确（2）1+2;输出：正确（3）(1+2)*3+(5+6*7);输出：正确（4）((1+2)*3+4输出：错误（5）1+2+3+(*4+5)输出：错误（6）(a+b)*(c+d)输出：正确（7）((ab3+de4)**5)+1输出：错误七、实验报告要求实验报告应包括以下几个部分：1、给定文法优先关系和存放方式；+ * ( ) i #+*( e1) e2 e2i e2 e2e4# e3引入“#”，将句型包含起来并填入出错标记。

使用二维数组将其存放。

2、算符优先分析程序的算法和结构；程序从文本文件中逐行读取表达式，每行以“；”做标记。

调用词法分析程序将这行数据分析出由一个个的单词组成的表达式，再逐个分析单词。

另外，由于文法中没写入关于标识符和常数的产生式，所以在对单词符号进行语法分析时，会将标识符和常数自动规约为“i”。

数据结构：优先关系表R：二维数组，存储了终结符+、*、（、）、i、#的优先关系。

符号W：结构体，有四个成员，包括：ch：char类型，非终结符与终结符的字符标记；po：int类型，只对终结符有效，与在R中的位置有关，有词法分析器提供；对于非终结符，其po无效；val：string类型，综合属性；对终结符i，其值由词法分析器提供；对非终结符，其值由规约时对应的产生式的规则计算得到；对界符或运算符，val无效；type：int类型，标记属性值类型，0为标识符，不可计算；1为可计算的数值；由词法分析器提供；注意：程序内部数值的计算和标记一律使用十进制，文本中的表达式必须为十进制整数，即如果在文本中使用八进制或十六进制，词法分析器分析后不会添加至缓冲区，在表达式语法正确且其中不含标志符时，计算得到的结果一律使用十进制。

例：对于文本中十进制数字10，其对应的初始结构体成员的值ch=’i’，po=5，val=”10”，type=1。

符号栈S：符号结构体的一维数组。

算法：说明：G[E]E->T|E+T;T->F|T*F;F->i|(E);算符优先文法并未对非终结符定义优先关系，无法对单非产生式进行规约，所以实际上在规约时，上面的E->T，T->F基本没有使用，而且规约时并不严格按照产生式的右部规约，只要待规约项符合句型#N1a1N2a2…NnanNn+1#（每个ai都是终结符，Ni是可有可无的非终结符），并且相对产生式，在相同位置有相同的非终结符即可规约，这样算符优先文法规约很快，但有些语法错误将无法识别，在本实验中，只要在要规约的地方准确的判断可规约的项，即符合句型，在不严格要求非终结符相同而终结符位置符号相同时，存在可匹配文法的产生式，即可规约，例如：F * F 可以匹配T*F继而规约为T。

定义用W[ch]表示字符名为ch的符号；实际程序中关于终结符优先关系的比较是利用R获取优先关系标志的，算法中为了可读性，直接将结构体进行比较了。

从文本文件读入一行数据，反复调用scanP()得到符号集合，用符号结构体数组E存储；k = 1; i = 0; S[k] = W[#];Do {A = E[i++];if（S[k] 是终结符）j = k;elsej = k – 1;while(S[j] > A) {Do {Q = S[j];If(S[j - 1] 是终结符)j = j – 1;elsej = j – 2;}while(S[j] < Q);N = Statute(S,j + 1,k);k = j + 1；S[k] = N；}If(S[j] < A || S[j] == A) {k++;S[k] = A;}else error(S[j].po,A.po);}while(A == W[#]);程序功能说明：程序从文本文件读入表达式，判断语法是否正确，正确则输出结果，其中有标识符的话，结果还是含有标识符的原表达式，语法错误的话，则输出错误信息。

源程序：程序中文本文件在桌面文件名为expression.txt#include<iostream>#include<string>#include<stdlib.h>using namespace std;#define NULL 0#define MAXSIZE 30 //单行表达式的符号总数最大值typedef struct grammar_symbol //文法符号{char ch;int po;string val;int type;}W;char pre[6][6] = { //优先关系表{ '>', '<', '<', '>', '<','>' },{ '>', '>', '<', '>', '<', '>' },{ '<', '<', '<', '=', '<', '1' },{ '>', '>', '2', '>', '2', '>' },{ '>', '>', '2', '>', '2', '>' },{ '<', '<', '<', '3', '<', '=' }};char GetChar(FILE* fp) { //读取文件中的一个字符char ch;ch = fgetc(fp);return ch;}char GetBC(FILE* fp) { //读取文件的字符直至ch不是空白char ch;do {ch = GetChar(fp);} while (ch == ' ' || ch == '\t' || ch == '\n');return ch;}void Concat(char ch, char strToken[]) { //将ch中的字符连接到strToken 之后char str[2];int len = strlen(strToken);strToken[len] = ch;strToken[len + 1] = '\0';}int IsLetter(char ch) { //布尔函数，判断ch中的字符是否为字母,是返回1，否则返回0int flag = 0;if (ch >= 'a' && ch <= 'z')flag = 1;return flag;}int IsDigit(char ch) { //布尔函数，判断ch中的字符是否为数字,是返回1，否则返回0int flag = 0;if (ch >= '0' && ch <= '9')flag = 1;return flag;}int Reserve(char strToken[]) { //整型函数，对strToken中的字符串查找保留字表，若它是一个保留字则返回它的编码，否则返回0int code = 0, i;char keyWord[6][6] = { "if", "then", "else", "while", "do" };for (i = 0; i < 5; i++) {if (strcmp(strToken, keyWord[i]) == 0) {code = i + 1;break;}}return code;}int SearchOP(char ch) { //整型函数，对strToken中的字符串查找运算符和界符，若它是一个运算符或界符，则返回它的编码，否则返回0int code = 0, i;char OP[10] = { '+', '*',' (', ')', '-', '/', '<', '>', '=', ';' };for (i = 0; i < 10; i++) {if (ch == OP[i]) {code = i + 1;break;}}return code;}char Retract(FILE* fp, char ch) { //子函数，将搜索指示器回调一个字符位置，将ch置为空白字符ch = ' ';fseek(fp, -1L, 1);return ch;}void ProError() { //错误处理函数printf("输入错误！\n");return;}int scan(FILE* fp,W* E,int num) {W w;char ch;char strToken[10];strToken[0] = '\0'; //置strToken为空串ch = GetBC(fp); //先读取一个非空白的字符if (feof(fp)) return 0;if (ch == ';'){printf(";");return 0; //判断表达式尾，是则返回调用程序}if (IsLetter(ch)) { //判断标识符while (IsLetter(ch) || IsDigit(ch)) {Concat(ch, strToken);ch = GetChar(fp);}ch = Retract(fp, ch);if (Reserve(strToken)) { //判断关键字printf("<%s,->\n", strToken);}else //判断标识符{printf("%s", strToken);w.ch = 'i';w.po = 4;w.val = strToken;w.type = 0;E[num] = w;}}else if (ch >= '1' && ch <= '9') { //判断十进制整数while (IsDigit(ch)) {Concat(ch, strToken);ch = GetChar(fp);}ch = Retract(fp, ch);printf("%s", strToken);w.ch = 'i';w.po = 4;w.val = strToken;w.type = 1;E[num] = w;}else if (ch == '0') {ch = GetChar(fp);if (ch >= '1' && ch <= '7') { //判断八进制整数while (ch >= '0' && ch <= '7') {Concat(ch, strToken);ch = GetChar(fp);}ch = Retract(fp, ch);printf("<2,%s>\n", strToken);}else if (ch == 'x') { //判断十六进制整数ch = GetChar(fp);while (IsDigit(ch) || ch >= 'a' && ch <= 'f') {Concat(ch, strToken);ch = GetChar(fp);}ch = Retract(fp, ch);printf("<3,%s>\n", strToken);}else { //判断十进制的0ch = Retract(fp, ch);printf("0");w.ch = 'i';w.po = 4;w.val = "0";w.type = 0;E[num] = w;}}else if (SearchOP(ch) != 0) { //判断运算符和界符printf("%c", ch);int po = SearchOP(ch) - 1;w.ch = ch;w.po = po;E[num] = w;}else { //出错ProError();}return 1;}bool checkVt(char ch) {bool flag = false;int i;char Vt[6] = { '+', '*', '(', ')', 'i', '#' };for (i = 0; i < 6; i++) {if (ch == Vt[i]) {flag = true;}}return flag;}W Statute(W* S, int s, int e) { //规约子函数，将S中j+1到k的符号规约为N W N;if (S[s].ch == 'i' && s == e) {N.ch = 'F';N.val = S[s].val;N.type = S[s].type;}else if (S[s].ch == '(' && !(checkVt(S[s + 1].ch)) && S[e].ch == ')') {if (S[s + 1].type == 1) {N.ch = 'F';N.val = S[s + 1].val;N.type = S[s + 1].type;}else {N.ch = 'F';N.val = '('+ S[s + 1].val + ')';N.type = S[s + 1].type;}}else if (!(checkVt(S[s].ch)) && S[s + 1].ch == '+' && !(checkVt(S[e].ch))) {N.ch = 'E';if (S[s].type == 1 && S[e].type == 1) {N.type = 1;int v = atoi(S[s].val.data()) + atoi(S[e].val.data());char l[30];sprintf_s(l,30,"%d", v);N.val = l;}else {N.type = 0;N.val = S[s].val + S[s + 1].ch + S[e].val;}}else if ((s != e) && !(checkVt(S[s].ch)) && S[s + 1].ch == '*'&& !(checkVt(S[e].ch))) {N.ch = 'T';if (S[s].type == 1 && S[e].type == 1) {N.type = 1;int v = atoi(S[s].val.data()) * atoi(S[e].val.data());char l[30];sprintf_s(l, 30,"%d", v);N.val = l;}else {N.val = S[s].val + S[s + 1].ch + S[e].val;}}else if(S[s].ch == 'T' && s == e){N.ch = 'E';N.val = S[s].val;N.type = S[s].type;}else {N.ch = '#';}N.po = 4;return N;}void error(char errnum) { //错误处理子函数if (errnum == '1') {printf("错误，非法左括号\n\n");}else if(errnum == '2'){printf("错误，缺少运算符\n\n");}else if (errnum == '3'){printf("错误，非法右括号\n\n");}else if (errnum == '4'){printf("错误，缺少表达式\n\n");}}int syntax(W* E,int num) { //算法对应的主要实现程序W S[MAXSIZE];int k = 1, i = 0, j;W border, A, Q;border.ch = '#';border.po = 5;E[num] = border;S[k] = border;do {A = E[i++];if (checkVt(S[k].ch)) //判断S[k]是终结符j = k;elsewhile (pre[S[j].po][A.po] == '>') {do {Q = S[j];if (checkVt(S[j - 1].ch))j = j - 1;elsej = j - 2;} while (pre[S[j].po][Q.po] != '<');W N = Statute(S, j + 1, k);if (N.ch == '#') {error('4');return 0;}k = j + 1;S[k] = N;}if (pre[S[j].po][A.po] == '<' || pre[S[j].po][A.po] == '=') {k++;S[k] = A;}else {error(pre[S[j].po][A.po]);return 0;}} while (A.ch != '#');if (A.ch == '#') {printf("正确，结果为：%s\n\n", S[k - 1].val.data());return 0;}}int main() {FILE* fp;errno_t err;if ((err = fopen_s(&fp,"C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\expression.txt", "r")) != NULL) { //以只读方式打开文件，失败则退出程序printf("file can not open!");exit(0);}int n = 0;printf("语法分析结果如下：\n\n");while (!feof(fp)) { //若不是文件尾则执行循环int num = 0;W E[MAXSIZE]; //存储一行表达式GetBC(fp);if (!feof(fp)) {n++;fseek(fp, -1L, 1);printf("(%d)", n);}else {break;}while (1) { //只读一行，行末标志为“；”int flag = scan(fp, E,num);if (flag == 0) break;num++;}printf("\n输出：");syntax(E,num);}fclose(fp); //关闭文件fp = NULL; //避免指向非法内存}3、程序运行流程；4、程序的测试结果和问题；实验报告源数据：其它数据：问题：实验时是根据实验报告提供的算法编程的，但是原算法使用了类似Pascal的语言，而我用的是C，算法实现时具体的语法不同，例如Pascal的repeat…until与C语言的do…while并一样，实验时不注意会使程序出错，二者的循环条件是相反的。