基于Java语言的语法分析器

LR（0）语法分析器

实验目的：

根据LR（0）语法分析的原理，编写、调试一个语法分析代码程序，对输入的句子进行分析。

实验工具：

使用了Java语言进行编写，使用Java开发工具IntelliJ IDEA 。

实验过程分析：

3.1、进行对LR（0）语法分析过程的深入了解。首先我们需要在文件data. txt中保存我们想要分析的文法。（这里展示的是课本例题6.1）

3.2、利用Java文件读取类进行读取文件data. txt（如下伪代码）

BufferedReader bf = new BufferedReader(new FileReader(“这里输入文件地址”));

然后使用bf.readLine()就可以按行读取出文件中的句子。

String p = "";while((p = bf.readLine()) != null){…要进行的操作…}

3.3、读取之后，使用数据结构数组保存非总结符和总结符。

结果输出：

3.4、同时利用链表left 和 right 保存文法的左右两部分，比如S’->S

Left链表就保存 S’，right链表就保存S。

3.5、之后，我们需要输出所有的加黑点的文法，这一步比较简单，直接遍历left和right ，然后根据right的长度进行移动黑点，再输出即可。

3.6、在这之后，我们需要构造出所有的状态来，来构造DFA,为此，我专门自定义了一个类，叫做DFA ，具体属性如图所示，可以完美表示单个状态，然后我们使用List<DFA>ok 用来保存整个状态连接图！

3.7、在对于状态图的构建上，我们的思路是，先把文法拓展一下，放入 S’->S 进入第1个状态，也就是T0，然后根据黑点的右部首个字符，如果他属于非终结符，意味着我们要拓展这个状态！这里拓展状态的算法是使用了递归回溯算法。

最终在不懈的努力下，完成了各个状态的保存，以及状态的转移：

3.8、接下来我们便需要构建LR（0）分析表了，我们知道LR（0）分析表包含了Action 表和 Goto表，这里保存他们需要选择好的数据结构来保存。思来想去，最后还是选择了HashMap内置HashMap来保存数据。

我们根据所有的状态来进行遍历，同时在内部遍历一下终结符和非终结符的状态转移，也就是每个DFA对象的next中的数据，就可以将其保存。然后再输出时候，使用System.out.printf(“%-ns”); 来进行n位缩进，这样子输出来更好看。

3.9、最后，我们使用了while()循环输入一段句子，在句子最后判断有无#，加上它，然后进行语法分析。如果再分析过程，我们的HashMap中对应的值为空了，说明分析不对。具体情况如下：

如果输入的句子分析正确，我们就开始输出啦，对于数据的保存，我们又自定义了一个类，然后再对这个类进行对象数组的构建，用来保存一整个表：

4、实验结论：

此次实验，其实原理并不困难，难的是，将原理用代码展示出来，我们需要选择合适的数据结构还有算法才可以进行，这也应证了那句“程序 = 数据结构 + 算法“，总之，通过此次实验，我们学到了很多语法分析的知识，对于其分析过程有了很深入的了解。

5、最终效果：

6、最终代码：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.util.*;
import java.util.logging.Level;public class Main {public static List<String> left;public static List<String> right;//产生式 比如 ：A -> a//构造dfapublic static List<DFA> ok; //已经搞好的dfapublic static Map<Integer,Map<Character,String>>Action;public static Map<Integer,Map<Character,Integer>>Goto;public static Map<String,Integer> R; //第几条产生式规约public static boolean is[];public static char ZhongJie[]; //保存终结符public static char FeiZhongJie[]; //保存非终结符public static int ZhongJieNum = 0;public static int FeiZhongJieNum = 0;public static class DFA{Integer id;List<String> DFAleft;List<String> DFAright;Map<Character,Integer> next;public DFA(){}public DFA(Integer id, List<String> DFAleft, List<String> DFAright, Map<Character, Integer> next) {this.id = id;this.DFAleft = DFAleft;this.DFAright = DFAright;this.next = next;}public Integer getId() {return id;}public void setId(Integer id) {this.id = id;}public List<String> getDFAleft() {return DFAleft;}public void setDFAleft(List<String> DFAleft) {this.DFAleft = DFAleft;}public List<String> getDFAright() {return DFAright;}public void setDFAright(List<String> DFAright) {this.DFAright = DFAright;}public Map<Character, Integer> getNext() {return next;}public void setNext(Map<Character, Integer> next) {this.next = next;}}//打开文件，将所有的产生式存进List数据结构public static void OpenFile() throws Exception{left.add("S'");right.add("S");String property = System.getProperty("user.dir");BufferedReader bf = new BufferedReader(new FileReader(property+"\\data.txt"));String p = "";while((p = bf.readLine()) != null){for(int k = 0;k<p.length();k++){char ch = p.charAt(k);if(is[ch]){continue;}if(ch >= 'A' && ch <= 'Z'){ //非终结符FeiZhongJie[FeiZhongJieNum++] = ch;}else { //终结符if(ch != '-' && ch != '>')ZhongJie[ZhongJieNum++] = ch;}is[ch] = true;}String a[] = p.split("->");String b[] = a[1].split("\\|");for(int i = 0;i<b.length;i++){left.add(a[0]);right.add(b[i]);}}bf.close();}//在头部加点public static String addFirstPoint(String str){return "."+str;}public static int getPointPosition(String str){return str.indexOf(".");}//往右边移动点public static String movePoint(String str){if(getPointPosition(str) != str.length()-1){String[] a = str.split("\\.");String newStr  = a[0]+a[1].charAt(0)+"."+a[1].substring(1);return newStr;}return str;}//public static void OutWenFa() throws Exception{R = new HashMap<>();OpenFile();for(int i  = 0;i<left.size();i++){String s = left.get(i) + "->" + right.get(i);R.put(s,i);System.out.println(s);}System.out.println("----------------------------------------------------------------");}public static void OutJiaDianWenFa(){for(int i = 0;i<left.size();i++){String a1 = left.get(i);String a2 = addFirstPoint(right.get(i));while(getPointPosition(a2) != a2.length()-1){System.out.println(a1+"->" + a2);a2 = movePoint(a2);}System.out.println(a1+"->" + a2);}System.out.println("----------------------------------------------------------------");}//扩展非终结符X的项目public static boolean isok[] = new boolean[1001];public static void soloveTuoZhanDFA(List<String> le , List<String>ri ,String X){int size = left.size();for(int i = 0;i<size;i++){if(X.equals(left.get(i))){ // 如果le.add(left.get(i)); // 添加左边的ri.add(addFirstPoint(right.get(i)));//添加右边的if(right.get(i).charAt(0) >= 'A' && right.get(i).charAt(0) <= 'Z' && !isok[right.get(i).charAt(0)]){String nextStr = ""+right.get(i).charAt(0);isok[right.get(i).charAt(0)] = true;soloveTuoZhanDFA(le,ri,nextStr);}}}}public static void TuozhanDFA(DFA dfa){  //拓展dfaList<String> dfAright = dfa.getDFAright();int lenth = dfAright.size();List<String> dfaLeft = new LinkedList<>();List<String> dfaRight = new LinkedList<>();for(int l = 0;l<lenth;l++){String rg = dfAright.get(l);int len = rg.length();int pos = getPointPosition(rg);if(pos < len-1 && rg.charAt(pos+1) >= 'A' && rg.charAt(pos+1) <= 'Z'){String Arg = ""+rg.charAt(pos+1);Arrays.fill(isok,false);isok[Arg.charAt(0)] = true;soloveTuoZhanDFA(dfaLeft,dfaRight,Arg);int sz = dfaLeft.size();for(int i = 0;i<sz;i++){dfa.getDFAleft().add(dfaLeft.get(i));dfa.getDFAright().add(dfaRight.get(i));}}}}
// 状态public static void OutZhuangTai(){//先新建一个S'->S吧。。。、List<String> firstLeft = new LinkedList<>();List<String> firstRight = new LinkedList<>();firstLeft.add("S'");firstRight.add(addFirstPoint("S"));DFA dfa = new DFA();dfa.setDFAleft(firstLeft);dfa.setDFAright(firstRight);ok.add(dfa);TuozhanDFA(dfa);}public static int QuChuChongFu(){ //去除重复int sz = ok.size();for(int i  =0;i<sz-1;i++){if(ok.get(i).getDFAleft().get(0).equals(ok.get(sz-1).getDFAleft().get(0)) &&ok.get(i).getDFAright().get(0).equals(ok.get(sz-1).getDFAright().get(0))){ok.remove(sz-1);return i;}}return -1;}public static void createNewDFA(String le,String ri){ //创建新的状态DFA dfa = new DFA();ri = movePoint(ri);dfa.setId(ok.size());List<String> LEFT = dfa.getDFAleft() == null ? new LinkedList<>() : dfa.getDFAleft();List<String> RIGHT = dfa.getDFAright() == null ? new LinkedList<>() : dfa.getDFAright();LEFT.add(le);RIGHT.add(ri);dfa.setDFAleft(LEFT);dfa.setDFAright(RIGHT);ok.add(dfa);}public static boolean Exist[] = new boolean[1001];public static void AddNewZhuangTai(){for(int i = 0;i<ok.size();i++){Arrays.fill(Exist,false);for(int j = 0;j<ok.get(i).getDFAleft().size();j++){String riStr = ok.get(i).getDFAright().get(j);if(riStr.indexOf(".") == riStr.length()-1){break;//不可以移动黑点}int pointPosition = getPointPosition(riStr);char c = riStr.charAt(pointPosition+1);if(Exist[c]){continue;}createNewDFA(ok.get(i).getDFAleft().get(j),ok.get(i).getDFAright().get(j));Exist[c] = true;for(int k = j+1;k<ok.get(i).getDFAleft().size();k++){String s = ok.get(i).getDFAright().get(k);if(s.indexOf(".") == s.length()-1){continue;}int pointPosition1 = getPointPosition(s);if(s.charAt(pointPosition1+1) == c){String s1 = ok.get(i).getDFAleft().get(k);String s2 = ok.get(i).getDFAright().get(k);s2 = movePoint(s2);ok.get(ok.size()-1).getDFAleft().add(s1);ok.get(ok.size()-1).getDFAright().add(s2);System.out.println(s1+"===>"+s2);}}int chong = QuChuChongFu();if(chong == -1){TuozhanDFA(ok.get(ok.size()-1));///用第一行拓展int dotpos = getPointPosition(riStr);Map<Character,Integer> map = ok.get(i).getNext() == null ? new HashMap<>() : ok.get(i).getNext();map.put(riStr.charAt(dotpos+1) , ok.size()-1);ok.get(i).setNext(map);}else{int dotpos = getPointPosition(riStr);Map<Character,Integer> map = ok.get(i).getNext() == null ? new HashMap<>() : ok.get(i).getNext();map.put(riStr.charAt(dotpos+1) , chong);ok.get(i).setNext(map);}}}}public static void PrintZhuangTai(){System.out.println("--------所有的状态--------");int size = ok.size();for(int i = 0;i<size;i++){System.out.println("I"+i+":");for(int j = 0;j<ok.get(i).getDFAleft().size();j++){System.out.println(ok.get(i).getDFAleft().get(j) + " -> " + ok.get(i).getDFAright().get(j));}System.out.println("-------------------");}}public static void OutBiaoLine(){ //输出表的行线System.out.print("-------");for(int i = 0;i<FeiZhongJieNum+ZhongJieNum;i++){System.out.print("-------");}System.out.println("-");}public static void PrintShu(){System.out.print("|");}public static void PrintBiao(){OutBiaoLine();//输出表的行线PrintShu();System.out.printf("%-5s","  状态");for(int i = 0;i<ZhongJieNum;i++){PrintShu();System.out.printf("%-6s","  "+ZhongJie[i]);}for(int i = 0;i<FeiZhongJieNum;i++){PrintShu();System.out.printf("%-6s","  "+FeiZhongJie[i]);}System.out.println("|");//        for(int i = 0;i<ok.size();i++){ // 测试输出Action
//            Map<Character, String> characterStringMap = Action.get(i);
//            for(int j = 0;j<ZhongJieNum;j++){
//                char ch = ZhongJie[j];
//                String s = characterStringMap.get(ch);
//                System.out.print(s+" ");
//            }
//            System.out.println();
//        }
//        System.out.println("Goto");
//        for(int i = 0;i<ok.size();i++){ //测试输出Goto
//            Map<Character, Integer> characterStringMap = Goto.get(i);
//            for(int j = 0;j<FeiZhongJieNum;j++){
//                char ch = FeiZhongJie[j];
//                int s = characterStringMap.get(ch);
//                System.out.print(s+" ");
//            }
//            System.out.println();
//        }for(int i = 0;i<ok.size();i++){OutBiaoLine();PrintShu();System.out.printf("%-6s","  "+i);for(int j = 0;j<ZhongJieNum;j++){char ch = ZhongJie[j];if(Action.get(i).get(ch).equals("-1")){PrintShu();System.out.print("      ");}else{PrintShu();System.out.printf("%-6s","  "+Action.get(i).get(ch));}}for(int j = 0;j<FeiZhongJieNum;j++){char ch = FeiZhongJie[j];if(Goto.get(i).get(ch) != -1){PrintShu();System.out.printf("%-6s","  "+Goto.get(i).get(ch));}else{PrintShu();System.out.print("      ");}}System.out.println("|");}OutBiaoLine();}public static void GouJianACTION(){ //构造ACTION表Action = new HashMap<>();for(int i = 0;i<ok.size();i++){Map<Character,String> ac = new HashMap<>();for(int j = 0;j<ZhongJieNum;j++){char ch = ZhongJie[j];if(i == 1){if(ch == '#'){ac.put(ch,"acc");}else{ac.put(ch,"-1");}continue;}if(ok.get(i).getNext() == null){String s = ""+ok.get(i).getDFAleft().get(0)+"->"+ok.get(i).getDFAright().get(0);s = s.substring(0,s.length()-1);ac.put(ch,"r"+R.get(s));continue;}if(ok.get(i).getNext().containsKey(ch)){ac.put(ch,"s"+ok.get(i).getNext().get(ch));}else{ac.put(ch,"-1");}}Action.put(i,ac);}}public static void GouJianGoto(){//构建Goto表Goto = new HashMap<>(); // Map<Integer,Map<Character,Integer>>Goto;for(int i = 0;i<ok.size();i++){Map<Character,Integer> ac = new HashMap<>();for(int j = 0;j<FeiZhongJieNum;j++){char ch = FeiZhongJie[j];if(ok.get(i).getNext() == null || ok.get(i).getNext().get(ch) == null){ac.put(ch,-1);continue;}Integer integer = ok.get(i).getNext().get(ch);ac.put(ch,integer);}Goto.put(i,ac);}}public static void OutZhong(){ //输出终结符和非终结符....System.out.print("非终结符:");for(int i = 0;i<FeiZhongJieNum;i++){System.out.print(FeiZhongJie[i]+" ");}System.out.println();System.out.print("终结符:");ZhongJie[ZhongJieNum++] = '#';for(int i = 0;i<ZhongJieNum;i++){System.out.print(ZhongJie[i]+" ");}System.out.println();}public static void PrintZhuangTaiZhuanYi(){for(int i = 0;i<ok.size();i++){Map<Character, Integer> next = ok.get(i).getNext();if(next != null){for(Character key : next.keySet()){Integer to = next.get(key);System.out.println("状态T"+i+"----"+key+"------>状态T"+to);}}}}public static class GuoCheng{String ZhuanTai;String FuHao;String ShuRuChuan;String Action;Integer goTo;public GuoCheng() {}public String getZhuanTai() {return ZhuanTai;}public void setZhuanTai(String zhuanTai) {ZhuanTai = zhuanTai;}public String getFuHao() {return FuHao;}public void setFuHao(String fuHao) {FuHao = fuHao;}public String getShuRuChuan() {return ShuRuChuan;}public void setShuRuChuan(String shuRuChuan) {ShuRuChuan = shuRuChuan;}public String getAction() {return Action;}public void setAction(String action) {Action = action;}public Integer getGoTo() {return goTo;}public void setGoTo(Integer goTo) {this.goTo = goTo;}}public static String StackToString(Stack st){String s = st.toString();String[] split = s.substring(1, s.length() - 1).split(", ");String ans = "";for(int i = split.length-1;i>=0;i--){ans+=split[i];}return ans;}public static void find(String str){ //对输入串的分析Stack<Character> Shuruchuan =  new Stack<>();//这是输入串的栈 abb#GuoCheng mp[] = new GuoCheng[1001]; //穿它个1000个int num = 0;Stack<Integer> ZhuangTai = new Stack<>(); //这是状态 0345....Stack<Character> Fuhao =  new Stack<>();//这是符号的栈for(int i = str.length()-1;i>=0;i--){Shuruchuan.add(str.charAt(i)); //加进去}ZhuangTai.add(0);Fuhao.add('#');while(true){mp[num] = new GuoCheng();StringBuffer sf = new StringBuffer(StackToString(ZhuangTai));mp[num].setZhuanTai(sf.reverse().toString());//状态放进入输出sf = new StringBuffer(StackToString(Fuhao));mp[num].setFuHao(sf.reverse().toString());//符号放进入输出mp[num].setShuRuChuan(StackToString(Shuruchuan));//符号放进入输出char ch = Shuruchuan.peek(); //取出首个字符int pi = ZhuangTai.peek(); //取出栈顶的状态Map<Character, String> map = Action.get(pi);String s = map.get(ch);if(s.equals("-1")){System.out.println("输入串不符合LR(0)的规则，请重新输入...");return ;}mp[num].setAction(s);if(s.charAt(0) == 's'){int Jin = s.charAt(1)-'0';Shuruchuan.pop();ZhuangTai.add(Jin);Fuhao.add(ch);}else if(s.charAt(0) == 'r'){int Jin = s.charAt(1) - '0';String s1 = left.get(Jin);String s2 = right.get(Jin);for(int k = 0;k<s2.length();k++){ZhuangTai.pop();Fuhao.pop();}ch = s1.charAt(0);Jin = ZhuangTai.peek();Map<Character, Integer> map1 = Goto.get(Jin);Jin = map1.get(ch);ZhuangTai.add(Jin);Fuhao.add(ch);mp[num].setGoTo(Jin);}num++;if(mp[num-1].getAction() .equals("acc")){break;}}System.out.println("---------字符串"+str+"的分析过程:---------");PrintLine();System.out.printf("%-14s","|    步骤");System.out.printf("%-13s","|    状态栈");System.out.printf("%-13s","|    符号栈");System.out.printf("%-13s","|    输入串");System.out.printf("%-16s","|    ACTION");System.out.printf("%-16s","|    GOTO");System.out.println("|");PrintLine();for(int i = 0;i<num;i++){String kk = "|    ";System.out.printf("%-16s",kk+i);System.out.printf("%-16s",kk+mp[i].getZhuanTai());System.out.printf("%-16s",kk+mp[i].getFuHao());System.out.printf("%-16s",kk+mp[i].getShuRuChuan());System.out.printf("%-16s",kk+mp[i].getAction());System.out.printf("%-16s",kk+mp[i].getGoTo());System.out.println("|");PrintLine();}}public static void PrintLine(){for(int i = 0;i< 6;i++){System.out.print("----------------");}System.out.println();}public static String add(String str){if(str.charAt(str.length()-1) != '#'){str+="#";}return str;}public static String str;public static void In(){Scanner cin = new Scanner(System.in);while(true){System.out.print("请输入待分析的字符串:");str = cin.next();if(str.equals("stop")){break;}str = add(str);find(str);}}public static void main(String[] args) throws Exception {System.out.println("--------------制作人----------------");System.out.println("|   姓名   |    学号    |  班级     |");System.out.println("|  吴锦坤  | 2020611107 |  20计算机 |");System.out.println("|  温金宝  | 2020611106 |  20计算机 |");System.out.println("|  谢宇琛  | 2020611109 |  20计算机 |");System.out.println("|  王文杰  | 2020611105 |  20计算机 |");System.out.println("|  张展航  | 2020611117 |  20计算机 |");System.out.println("-----------------------------------");System.out.println("本实验以例题6.1作报告。当然，只需要改变data.txt中的文法就可以实现任何LR(0)语法分析！");left = new LinkedList<>();right = new LinkedList<>();ok = new LinkedList<>();is = new boolean[1001];ZhongJie = new char[1001];FeiZhongJie = new char[1001];
//        System.out.println("Hello world!");System.out.println("拓广文法为:");OutWenFa();System.out.println("终结符与非终结符:");OutZhong();System.out.println("加点的文法:");OutJiaDianWenFa();//解决状态OutZhuangTai();
//        添加新的状态AddNewZhuangTai();//输出所有的状态PrintZhuangTai();System.out.println("--------------状态转移-----------------");PrintZhuangTaiZhuanYi();//累寄了，终于可以开始建表了.......System.out.println("              LR(0)分析表:");GouJianACTION();//构建action表GouJianGoto(); //构建Goto表//输出分析表PrintBiao();//解决分析过程！！完结撒花，嘿嘿嘿In();}
}

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