编译原理——语法分析器（SLR）

识别语法结构：

变量声明（不含变量初始化）
if单条件分支语句以及if else 双条件分支语句
for循环和while循环语句
赋值语句，四则运算，逻辑判断复合语句
函数声明函数调用

文法

//其中$作为标识符判断  @常数值判断
Z->S
S->while(E)S
S->E;S
S->;S
S->for(E;E;E)S
S->CM;S
S->C$(W){SreturnE;}S
S->$(H);S
M->M,$
M->$
H->$H
H->nH
H->,$H
H->,@H
H->#
C->char
C->int
C->double
S->if(E)S
S->SelseS
S->{S}S
S->#
E->EOE
E->(E)
E->@
E->$
W->#
W->C$,W
W->C$
O->+
O->-
O->/
O->*
O->>
O->=
O->>=
O-><
O-><=
O->!=
O->==
O->&
O->&&
O->|
O->||

算法描述及实验步骤

数据结构解析

product—存放文法

  typedef struct Product{char left;char right[N];int length;}Product;

Follow—存放文法的follow集

  typedef struct Follow{char V;vector<char> fset;}Follow;

I—存放状态闭包集

  typedef struct I{vector<Product> pros;}I;

主要函数解析

SLR函数设计
- 该函数能够实现将文件中输入好的文法自动根据SLR状态转移算法形成Action表和Goto表
- 事先读入文法，并获取产生式中出现的终结符集合以及非终结符集合
- 修正文法，将产生式右部添加 . 号，便于算法模拟
```
Z->.S
S->.while(E)S
S->.E;S
S->.;S
S->.for(E;E;E)S
S->.CM;S
S->.C$(W){SreturnE;}S
S->.$(H);S
M->.M,$
M->.$
H->.$H
H->.nH
H->.,$H
H->.,@H
H->.
C->.char
C->.int
C->.double
S->.if(E)S
S->.SelseS
S->.{S}S
S->.
E->.EOE
E->.(E)
E->.@
E->.$
W->.
W->.C$,W
W->.C$
O->.+
O->.-
O->./
O->.*
O->.>
O->.=
O->.>=
O->.<
O->.<=
O->.!=
O->.==
O->.&
O->.&&
O->.|
O->.||
```
- 将第一个产生式放入闭包集I(0)，并求出完整的闭包集
- 依次依据识别出的非终结符和终结符，对第一个闭包集进行状态转移
- 每次转移之后，得到新的闭包集I(i)，并对I(i)求出完整的闭包集。求出之后在已有的闭包集中判断是否是重复的闭包集。
- 如果不重复添加Action表和Goto表信息，状态I(i-1)中的i-1为横坐标，识别的终结符或者是非终结符为纵坐标，i为表项的值。
- 如果重复则第一次出现该闭包集的状态下标作为表项的值
- 依次次做上一步，直到没有新的闭包集出现
- 对所有闭包集做判断，倘若闭包集中出现了规约性项目，查询该项目的左部的非终结符的Follow集，并将对应的闭包集状态下标以及Follow符号对应的Action表和Goto表表项进行修改。
close函数设计
- 该函数实现求状态转移后，完整闭包集的求法
- 遍历当前闭包集中的产生式，每个产生式寻找到 . 号，对 . 号后面的字符做判断
  - 倘若是**\0**则代表是规约型项目，不做处理
  - 倘若是终结符，不作处理
  - 倘若是非终结符，则寻找，当前所有产生式左部含有该非终结符的产生式添加到该闭包集中
- 循环处理上一步，直至闭包集的大小不发生改变
SLR驱动函数设计
- 该函数实现对输入字符串的语法解析，采用的是SLR的算法策略
- 首先该函数调用之前应具有正确的Action表以及Goto表
- 根据SLR算法思想设立字符栈，状态栈，初始状态为0
- 读入所需判断的字符，根据状态栈顶和字符，查询Action表以及Goto表
  - 如果是移路状态，则将该字符放入字符栈中
  - 如果是规约状，则根据规约产生式，将字符（状态）从字符（状态）栈中弹出，并判断对应非终结符的状态，放入状态栈中
  - 如果是接受状态，则判断该字符串语法正确
  - 如果出现错误，将调用error函数，处理错误
error函数设计
- 该函数为出现错误时调用
- 判断当前字符栈中的字符串，与所有产生式进行比对，如果是该字符串是产生式的一部分，那么可以得到结论，原始需要判断的字符串的中缺少的是该产生式中未得到比对的字符
- 记录当前出错的代码位置，以及错误信息，将字符栈，状态栈，置空，重新判断后面的代码。
- 该函数处理的比较一般，无法处理较复杂的错误，暂时未能够想到更好的处理办法
init_Follow函数设计
- 该函数能获取非终结的follow集
- 该函数暂时未能用代码自动实现，主要靠文件读取。
main函数设计
- 先做词法分析，倘若出现词法错误，输出错误信息结束程序
- 读取文法，将文件中的文法读取，到程序中
- 初始化得到非终结集合，终结符集合，follow集合
- 初始化Action表以及Goto表
- SLR函数，求闭包集
- 更新Action表以及Goto表
- 调用SLR驱动程序，进行语法分析
- 输出错误信息

源代码

```c++
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <string.h>
#include <cmath>
#include <vector>
#include <stack>
//词法分析器
#include "CIFA.h"
using namespace std;
//const int N=100;
//const int MAXSIZE=1000;
//产生式存储
typedef struct Product{char left;char right[N];int length;
}Product;
//状态闭包集存储
typedef struct I{vector<Product> pros;
}I;
//follow集存储
typedef struct Follow{char V;vector<char> fset;
}Follow;
//闭包集 集合
vector<I> Is;
//follow集 集合
vector<Follow> FollowSet;
int prod_len;
//产生式集
Product products[MAXSIZE];//非终结符集，终结符集
char V[MAXSIZE];int V_len=0;
char T[MAXSIZE];int T_len=0;//action goto 表
char _action[MAXSIZE][MAXSIZE];
int _goto[MAXSIZE][MAXSIZE];
//action 表初始化
void init_action(){for(int i=0;i<MAXSIZE;i++)for(int j=0;j<MAXSIZE;j++)_action[i][j]='e';
}
//goto 表初始化
void init_goto(){for(int i=0;i<MAXSIZE;i++)for(int j=0;j<MAXSIZE;j++)_goto[i][j]=-1;
}
//字符串比对函数
bool mystrcmp(char *s,char *p){int i=0,j=0;while(s[i]!='\0' && p[j]!='\0' && s[i]==p[j]){++i;++j;}if(s[i]=='\0' && p[j]=='\0')return true;else return false;
}
//判断产生式是否相同
bool is_sameProduct(Product a,Product b){if(a.length!=b.length)return false;if(a.left==b.left && mystrcmp(a.right,b.right))return true;else return false;
}
//判断是否为操作符
bool is_operate(char c){char op[N]="+-*/=&|><";int i=0;while(op[i]!='\0'){if(op[i]==c)return true;i++;}return false;
}
//判断是否为非终结符
bool is_signV(char c){if(c>='A' && c<='Z')return true;else return false;
}
//判断状态闭包集是否相同
bool is_sameI(I a,I b){if(a.pros.size()!=b.pros.size())return false;int i,j;int cnt=0;for(i=0;i<a.pros.size();i++){for(j=0;j<b.pros.size();j++){if(is_sameProduct(a.pros[i],b.pros[j])){cnt++;break;}}}if(cnt==a.pros.size()){return true;}else return false;
}
//产生式拷贝
Product newProduct(Product a){Product ans;ans.left=a.left;strcpy(ans.right,a.right);ans.length=a.length;return ans;
}
//下标索引转换
int changIndex(char c){for(int i=0;i<T_len;i++){if(T[i]==c)return i;}for(int i=0;i<V_len;i++){if(V[i]==c)return T_len+i;}return -1;
}
//判断产生式是否在闭包集中
bool is_inI(I s,Product a){for(int i=0;i<s.pros.size();i++){if(is_sameProduct(s.pros[i],a))return true;}return false;
}
//输出产生式
void print_product(Product a){printf("%c->%s\n",a.left,a.right);
}
//输出产生式 --- 保存文件
void print_I(I a,int ans){char filename[10]="Is/I";int t=0,cnt=ans;string s="";while(filename[t]!='\0')t++;while(cnt){s+=(cnt%10)+'0';cnt/=10;}for(int i=s.size()-1;i>=0;i--)filename[t++]=s[i];filename[t++]='.';filename[t++]='t';filename[t++]='x';filename[t++]='t';filename[t]='\0';FILE *fp=fopen(filename,"w");for(int i=0;i<a.pros.size();i++){fprintf(fp,"%c->%s\n",a.pros[i].left,a.pros[i].right);}fclose(fp);
}
//判断是否是对应产生式
bool judge_product(Product a,Product b){int i=1,j=0;while(a.right[i]!='\0' && b.right[j]!='.' && a.right[i]==b.right[j]){++i;++j;}if(a.left==b.left && a.right[i]=='\0' && b.right[j]=='.')return true;else return false;
}
//闭包集求解
I close(I a){for(int i=0;i<a.pros.size();i++){char *s=a.pros[i].right;int k=0;while(s[k]!='\0' && s[k]!='.')k++;char c=s[k+1];if(c!='\0' && c>='A' && c<='Z'){for(int j=0;j<prod_len;j++){if(products[j].left==c){if(!is_inI(a,products[j]))a.pros.push_back(products[j]);}}}}return a;
}
//寻找非终结符对应follow集
int findFollow(char v){for(int i=0;i<FollowSet.size();i++){if(FollowSet[i].V==v)return i;}return -1;
}
//寻找产生式
int findProduct(Product a){for(int i=0;i<prod_len;i++){if(judge_product(products[i],a))return i;}return -1;
}
//SLR
void SLR(){I t;t.pros.push_back(products[0]);t=close(t);Is.push_back(t);int z=0;do{/*求状态闭包集*//*状态转移---非终结符*/for(int m=0;m<V_len;m++){I t;for(int n=0;n<Is[z].pros.size();n++){Product ans=newProduct(Is[z].pros[n]);int k=0;while(ans.right[k]!='\0' && ans.right[k]!='.')k++;if(ans.right[k+1]=='\0')continue;if(V[m]==ans.right[k+1]){swap(ans.right[k],ans.right[k+1]);t.pros.push_back(ans);}}t=close(t);if(t.pros.size()==0)continue;int u;for(u=0;u<Is.size();u++){if(is_sameI(Is[u],t)){int xx=z,yy=changIndex(V[m]);_goto[xx][yy]=u;break;}}if(u==Is.size()){Is.push_back(t);int xx=z,yy=changIndex(V[m]);_goto[xx][yy]=Is.size()-1;}}for(int m=0;m<T_len;m++){if(T[m]=='\0')continue;I t;for(int n=0;n<Is[z].pros.size();n++){Product ans=newProduct(Is[z].pros[n]);int k=0;while(ans.right[k]!='\0' && ans.right[k]!='.')k++;if(ans.right[k+1]=='\0')continue;if(T[m]==ans.right[k+1]){swap(ans.right[k],ans.right[k+1]);t.pros.push_back(ans);}}t=close(t);if(t.pros.size()==0)continue;int u;for(u=0;u<Is.size();u++){if(is_sameI(Is[u],t)){int xx=z,yy=changIndex(T[m]);_action[xx][yy]='s';_goto[xx][yy]=u;break;}}if(u==Is.size()){Is.push_back(t);int xx=z,yy=changIndex(T[m]);_action[xx][yy]='s';_goto[xx][yy]=Is.size()-1;}}z++;}while(z<Is.size());//printf("66\n");int l,xx,yy,index,r;for(int i=0;i<Is.size();i++){for(int j=0;j<Is[i].pros.size();j++){l=Is[i].pros[j].length;if(Is[i].pros[j].right[l-1]=='.'){xx=i;index=findFollow(Is[i].pros[j].left);//printf("%d \n",index);r=findProduct(Is[i].pros[j]);for(int k=0;k<FollowSet[index].fset.size();k++){yy=changIndex(FollowSet[index].fset[k]);_action[xx][yy]='r';_goto[xx][yy]=r;}}}}_action[1][T_len-1]='a';
}
//初始化非终结符
void init_V(){char c;int i,j;for(i=0;i<prod_len;i++){c=products[i].left;//printf("%c",c);for(j=0;j<V_len;j++){if(c==V[j]){break;}}if(j==V_len){V[V_len]=c;V_len++;}}//for(int i=0;i<V_len;i++){printf("%c ",V[i]);}
}
//初始化终结符
void init_T(){char *s,c;int i,j,k;for(i=0;i<prod_len;i++){s=products[i].right;k=0;while(s[k]!='\0'){c=s[k];k++;if((c>'Z' || c<'A') && c!='#'){//printf("%c ",c);for(j=0;j<T_len;j++){if(c==T[j]){break;}}if(j==T_len){T[T_len]=c;T_len++;}}}}T[T_len++]='\0';//for(int i=0;i<T_len;i++){printf("%c ",T[i]);}//printf("\n");
}
//初始化follow集
/*暂时还无法用程序实现*/
void init_Follow(){FILE * fp=fopen("Follow.txt","r");char ans[N];int v,k;while(!feof(fp)){fscanf(fp,"%s",ans);k=0;Follow t;while(ans[k]!='\0' && ans[k]!=EOF){if(ans[k]>='A' && ans[k]<='Z')t.V=ans[k];else {if(ans[k]=='#')t.fset.push_back('\0');else t.fset.push_back(ans[k]);}k++;}FollowSet.push_back(t);fgetc(fp);}fclose(fp);
}
//读取文件中的产生式
void GetProduct(char *filename){FILE  *fp=fopen(filename,"r");int ans;char c;prod_len=0;while(!feof(fp)){fscanf(fp,"%c->%s",&products[prod_len].left,products[prod_len].right);c=fgetc(fp);ans=0;while(products[prod_len].right[ans]!='\0')ans++;products[prod_len].length=ans;prod_len++;}fclose(fp);
}
//更新产生式
char* updateProduct(){FILE * fp=fopen("t_WENFA.txt","w");for(int i=0;i<prod_len;i++){if(i==prod_len-1){if(mystrcmp("#",products[i].right))fprintf(fp,"%c->.",products[i].left);else fprintf(fp,"%c->.%s",products[i].left,products[i].right);}else{if(mystrcmp("#",products[i].right))fprintf(fp,"%c->.\n",products[i].left);else fprintf(fp,"%c->.%s\n",products[i].left,products[i].right);}}fclose(fp);return "t_WENFA.txt";
}
//错误处理
void error(int eline,stack<char> s,char c,FILE *fp){if(s.empty())return ;int i,j,index,t=0;char tmp[20],ct;vector<char> ans(s.size());for(i=ans.size()-1;i>=0;i--){ans[i]=s.top();s.pop();}if(is_operate(ans[ans.size()-1])){insert_error(eline,"操作数","语法错，此处缺少");}bool judge=false;for(i=0;i<ans.size();i++){if(ans[i]=='(')judge=true;if(ans[i]==')')judge=false;}if(judge){insert_error(eline,")","语法错，此处缺少");}judge=false;for(i=0;i<ans.size();i++){if(ans[i]=='{')judge=true;if(ans[i]=='}')judge=false;}if(judge){insert_error(eline,"}","语法错，此处缺少");}
//    for(i=0;i<ans.size();i++){cout<<ans[i]<<" ";}
//    cout<<endl;for(i=0;i<prod_len;i++){j=0;while(j<products[i].length && j<ans.size() && products[i].right[j]==ans[j])j++;//cout<<i<<endl;if(j==ans.size()){while(products[i].right[j]!='\0'){if(products[i].right[j]<'A' || products[i].right[j]>'Z')tmp[t++]=products[i].right[j++];else break;//cout<<tmp[t-1]<<endl;}//print_product(products[i]);tmp[t]='\0';if(t==1){if(tmp[0]=='@' || tmp[0]=='$'){insert_error(eline,"操作数","语法错，此处缺少");return ;}else{if(is_operate(tmp[0])){insert_error(eline,tmp,"语法错，此处缺少");return ;}else{insert_error(eline,tmp,"语法错，非法字符");return ;}}}else if(t>1){if(t>1)insert_error(eline,tmp,"语法错，此处缺少");return ;}else{tmp[t++]=c;while((ct=fgetc(fp))!=EOF){if(ct>='a' && ct<='z')tmp[t++]=ct;else break;}tmp[t]='\0';insert_error(eline,tmp,"语法错，非法字符");return ;}}}//for(int i=0;i<=Erlen;i++){printf("%d :%s  %s\n",Errors[i].line,Errors[i].info,Errors[i].c);}//exit(0);
}
//更新action表
void update_action(){FILE *file_action=fopen("action.txt","w");fprintf(file_action,"\t");for(int i=0;i<T_len;i++){if(T[i]!='\0')fprintf(file_action,"%c\t",T[i]);else fprintf(file_action,"#\t");}fprintf(file_action,"\n");for(int i=0;i<Is.size();i++){fprintf(file_action,"%d\t",i);for(int j=0;j<T_len;j++)fprintf(file_action,"%c\t",_action[i][j]);fprintf(file_action,"\n");}fclose(file_action);
}
//更新goto表
void update_goto(){FILE *file_goto=fopen("goto.txt","w");fprintf(file_goto,"\t");for(int i=0;i<T_len;i++){if(T[i]!='\0')fprintf(file_goto,"%c\t",T[i]);else fprintf(file_goto,"#\t");}for(int i=0;i<V_len;i++){fprintf(file_goto,"%c\t",V[i]);}fprintf(file_goto,"\n");for(int i=0;i<Is.size();i++){fprintf(file_goto,"%d\t",i);for(int j=0;j<V_len+T_len;j++)fprintf(file_goto,"%d\t",_goto[i][j]);fprintf(file_goto,"\n");}fclose(file_goto);
}
//SLR驱动程序
void SLR_Driver(){FILE *fp_Token=fopen("Token.txt","r");FILE *fp_debug=fopen("debug.txt","w");stack<int> s_state;stack<char> s_char;int i=0,pos,state,code_line=1,ju=10;char ans,c,s[N];s_state.push(0);c=fgetc(fp_Token);while(1){if(c=='\n'){c=fgetc(fp_Token);code_line++;continue;}if(c==EOF){c='\0';}state=s_state.top();pos=changIndex(c);ans=_action[state][pos];//cout<<"状态栈顶"<<" "<<"符号栈顶"<<endl;fprintf(fp_debug,"状态栈顶   符号栈顶\n");if(!s_state.empty()&&!s_char.empty()){//cout<<s_state.top()<<" "<<s_char.top()<<endl;fprintf(fp_debug,"%d   %c\n",s_state.top(),s_char.top());}//cout<<c<<" "<<" "<<ans<<" "<<_goto[state][pos]<<endl;fprintf(fp_debug,"%c   %c   %d\n",c,ans,_goto[state][pos]);switch(ans){case 's':{s_state.push(_goto[state][pos]);s_char.push(c);c=fgetc(fp_Token);break;}case 'r':{if(products[_goto[state][pos]].right[0]!='#')for(int i=0;i<products[_goto[state][pos]].length;i++){s_state.pop();s_char.pop();}s_char.push(products[_goto[state][pos]].left);s_state.push(_goto[s_state.top()][changIndex(s_char.top())]);break;}case 'a':{if(Erlen<0)printf("Accept,语法分析成功666\n");return ;}default :{//cout<<c<<endl;error(code_line,s_char,c,fp_Token);s_char=stack<char>();s_state=stack<int>();s_state.push(0);c=fgetc(fp_Token);if(c==EOF)return ;break;}}}fclose(fp_Token);fclose(fp_debug);
}
int main()
{ci_start();if(Erlen!=-1){printf("词法分析错误\n");for(int i=0;i<=Erlen;i++){printf("%d :%s  %s\n",Errors[i].line,Errors[i].info,Errors[i].c);}exit(0);}GetProduct("WENFA.txt");init_V();init_T();init_Follow();char *filename=updateProduct();GetProduct(filename);init_action();init_goto();SLR();update_action();update_goto();for(int i=0;i<Is.size();i++){print_I(Is[i],i);}GetProduct("WENFA.txt");update_action();update_goto();SLR_Driver();for(int i=0;i<=Erlen;i++){printf("%d :%s  %s\n",Errors[i].line,Errors[i].info,Errors[i].c);}return 0;
}

效果呈现

test.c

int max(int a,int b){int m;if(a>b)m=a;else m=b;return m;
}
int main(){int sum,i,n;int cnt;double ave;sum=0;cnt=0;for(i=1;i<=n;i=i+1){sum=sum+i;}max(sum,n);ave=sum/n;for(i=1;i<=n;i=i+1){if(i==ave)cnt=cnt+1;}i=0;while(i<=n){if(cnt/i==0){printf("YES\n");}else{printf("NO\n");}i=i+1;}return 0;
}

调用程序，进行解析（该程序未出现语法错）

test2.c

int main(){int name;name=;for(name=0;name<10;name=name+name)name+1;return 0;
}

调用程序，进行解析（显然该程序出现语法错），因为一个错，带动后面一起错，所以出错处理不是非常好。

该程序可能会有bug，请见谅…欢迎指正。

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编译原理——语法分析器（SLR）

编译原理——语法分析器（SLR）

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文法

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