軟件構造——SLR（1）語法分析

【實驗目的】

構造LR分析程序，利用它進行語法分析，判斷給出的符號串是否為該文法識別的句子，了解LR（K）分析方法是嚴格的從左向右掃描，和自底向上的語法分析方法。

【實驗內容】

對下列文法，用SLR（1）分析法對任意輸入的符號串進行分析：

(1)S->E

(2)E->E+T

(3)E->T

(4)T->T*F

(5)T->F

(6)F->(E)

(7)F->i

 

【設計思想】

(1)總控程序，也可以稱為驅動程序。對所有的LR分析器總控程序都是相同的。

(2)分析表或分析函數，不同的文法分析表將不同，同一個文法采用的LR分析器不同時，分析表將不同，分析表又可以分為動作表（ACTION）和狀態轉換（GOTO）表兩個部分，它們都可用二維數組表示。

(3)分析棧，包括文法符號棧和相應的狀態棧，它們均是先進后出棧。

分析器的動作就是由棧頂狀態和當前輸入符號所決定。

u  LR分析器由三個部分組成：

u  其中:SP為棧指針，S[i]為狀態棧，X[i]為文法符號棧。狀態轉換表用GOTO[i，X]=j表示，規定當棧頂狀態為i，遇到當前文法符號為X時應轉向狀態j，X為終結符或非終結符。

u  ACTION[i，a]規定了棧頂狀態為i時遇到輸入符號a應執行。動作有四種可能：

(1)移進：

    action[i，a]= Sj：狀態j移入到狀態棧，把a移入到文法符號棧，其中i,j表示狀態號。

(2)歸約：

    action[i，a]=rk：當在棧頂形成句柄時，則歸約為相應的非終結符A，即文法中有A- B的產生式，若B的長度為R(即|B|=R)，則從狀態棧和文法符號棧中自頂向下去掉R個符號，即棧指針SP減去R，並把A移入文法符號棧內，j=GOTO[i,A]移進狀態棧，其中i為修改指針后的棧頂狀態。

(3)接受acc:

    當歸約到文法符號棧中只剩文法的開始符號S時，並且輸入符號串已結束即當前輸入符是'#'，則為分析成功。

(4)報錯:

當遇到狀態棧頂為某一狀態下出現不該遇到的文法符號時，則報錯，說明輸入端不是該文法能接受的符號串。

【實驗要求】

1、編程時注意編程風格：空行的使用、注釋的使用、縮進的使用等。

2、如果遇到錯誤的表達式，應輸出錯誤提示信息。

3、程序輸入/輸出實例：

輸入一以#結束的符號串(包括+—*/（）i#)：在此位置輸入符號串

輸出過程如下：

步驟     狀態棧     符號棧      剩余輸入串            動 作 

 1          0             #          i+i*i#               移進 

【實驗結果】

代碼：

Main.cpp
#include<iostream>
#include<stack>
#include<string>
#include <stdlib.h>
using namespace std;
string action[12][6] = { "S5", "0", "0", "S4", "0", "0",
//ACTION 表
"0", "S6", "0", "0", "0", "acc",
"0", "r2", "S7", "0", "r2", "r2",
"0", "r4", "r4", "0", "r4", "r4",
"S5", "0", "0", "S4", "0", "0",
"0", "r6", "r6", "0", "r6", "r6",
"S5", "0", "0", "S4", "0", "0",
"S5", "0", "0", "S4", "0", "0",
"0", "S6", "0", "0", "S11", "0",
"0", "r1", "S7", "0", "r1", "r1",
"0", "r3", "r3", "0", "r3", "r3",
"0", "r5", "r5", "0", "r5", "r5" };
int gotoarr[12][3] = { 1, 2, 3, //GOTO 表
0, 0, 0,
0, 0, 0,
0, 0, 0,
8, 2, 3,
0, 0, 0,
0, 9, 3,
0, 0, 10,
0, 0, 0,
0, 0, 0,
0, 0, 0,
0, 0, 0 };
char vt[6] = { 'i', '+', '*', '(', ')', '#' }; //存放終結符
char vn[3] = { 'E', 'T', 'F' }; //存放非終結符
string Production[6] = { "E->E+T", "E->T", "T->T*F", "T->F", "F->(E)", "F->i" };//產生式集合
//int com= 0;//記錄當前進行處理的輸入字符串字符位置
int com = 0;
int line = 1;//記錄處理的步驟數
bool flag = false;
int StatusNumber = 1;//棧中狀態數
string stacktd = "#";//記錄符號棧中內容
int Status[50] = { 0 };//記錄狀態棧
stack <char> Stack;//創建一個符號棧
stack <int> status;//創建一個狀態棧
void Judge(int &i, int j, char arr[], char ch, string s){//判斷輸入串是否由文法終結符組成
    flag = false;
    for (int l = 0; l<j; l++){
        if (ch == arr[l]){
            flag = true;
            i = l;
            break;
        }
    }
    if (flag == false){
        cout << "\tError" << endl;
        //com = s.size();
        com = s.size();
    }
}
void Outputstatus(){//輸出狀態集
    for (int i = 0; i<StatusNumber; i++)
        cout << Status[i];
}
void Outputstring(string s){//輸出未處理的字符串
    for (int i = com; i<s.size(); i++)
        cout << s.at(i);
}
void Output(string s){//輸出步驟、 狀態集、 符號集、 輸入串
    cout << line << "\t";
    Outputstatus();
    cout << "\t" << stacktd << "\t";
    Outputstring(s);
    cout << "\t\t";
    line++;
}
void Shift(int i, string s){//移進函數 S
    Output(s);
    cout << "ACTION[" << status.top() << "," << s.at(com) << "]=S" << i << ",狀態" << i << "入棧" << endl;
    status.push(i);//將狀態 i 壓進狀態
    Status[StatusNumber] = i;//Status 記錄狀態棧的內容
    Stack.push(s.at(com));//將當前面臨的輸入串符號壓進符號棧
    stacktd = stacktd + s.at(com);//stacktd 記錄符號棧的內容
    com++;//當前面臨的輸入串字符往后移一位
    StatusNumber++;//狀態數加一
}
void Goto(stack <int> st1, stack <char> st2, string s){//GoTo 語句
    int j = -1;
    int ch1 = st1.top();
    char ch2 = st2.top();
    Judge(j, 3, vn, ch2, s);//求得 ch2 在非終結符表中的位置
    if (gotoarr[ch1][j] == 0){
        cout << "\tError" << endl;
        com = s.size();
    }
    else{
        status.push(gotoarr[ch1][j]);//新狀態進棧
        Status[StatusNumber] = gotoarr[ch1][j];
        StatusNumber++;
    }
}
void Reduction(int i, string s){//歸約函數 R
    Output(s);
    cout << "r" << i << ":" << Production[i - 1] << "歸約， GoTo(";
    int N = Production[i - 1].length() - 3;
    for (int j = 0; j<N; j++){//消除要歸約的狀態及符號
        status.pop();
        Stack.pop();
        StatusNumber--;
        stacktd.erase(stacktd.length() - 1);
    }
    cout << status.top() << "," << Production[i - 1].at(0) << ")=";
    Stack.push(Production[i - 1].at(0));//符號進棧
    stacktd = stacktd + Stack.top();
    Goto(status, Stack, s);
    cout << status.top() << "入棧" << endl;
    Status[StatusNumber] = status.top();
}
void Analyse(string s){//具體分析函數
    Stack.push('#');//初始化
    status.push(0);
    s = s + "#";
    int t = -1;//記錄 ch 在數組 vt 的位置
    while (com<s.size()){
        int i = status.top();
        char ch = s.at(com);
        Judge(t, 6, vt, ch, s);
        if (flag == true){
            if (action[i][t] != "acc"&&action[i][t] != "0"){
                if (action[i][t].at(0) == 'S'){
                    action[i][t].erase(0, 1); //刪除 action[i][t]的首字母 S
                    Shift(atoi(action[i][t].c_str()), s);//atoi(action[i][t].c_str())， 將action[i][t]轉換為整型
                    action[i][t].insert(0, "S");//將 S 添加回 action[i][t]
                }
                else if (action[i][t].at(0) == 'r'){
                    action[i][t].erase(0, 1);//刪除 action[i][t]的首字母 r
                    Reduction(atoi(action[i][t].c_str()), s);//atoi(action[i][t].c_str())， 將action[i][t]轉換為整型
                    action[i][t].insert(0, "r");//將 r 添加回 action[i][t]
                }
            }
            else if (action[i][t] == "0"){
                cout << "\tError" << endl;
                break;
            }
            else if (action[i][t] == "acc"){
                Output(s);
                cout << "acc" << "\t 分析成功" << endl;
                break;
            }
        }
        else if (flag == false)
            break;
    }
}
int main(){
    string s;
    cout << "************************20173599周博*************************" << endl;
    cout << "輸入的文法" << endl;
    for (int j = 0; j < 6; j++)
    {
        cout << Production[j] << endl;
    }
    cout << "VT:" << endl;
    for (int i = 0; i < 6; i++)
    {
        cout << vt[i] << "\t";
    }
    cout << endl;
    for (int i = 0; i <3; i++)
    {
        cout << vn[i] << "\t";
    }
    cout << endl;
    cout << "************************LR(1)分析*************************" << endl;
    char T;
        cout << "輸入字符串" << endl;
        cin >> s;//輸入要分析的字符串
        cout << "************************現進行如下分析*************************" << endl;
        cout << "步驟" << "\t" << "狀態棧" << "\t" << "符號棧" << "\t" << "剩余輸入串" << "\t" << "動作說明" << endl;
        Analyse(s);
        com = 0;//記錄當前進行處理的輸入字符串字符位置
        line = 1;//記錄處理的步驟數
        stacktd = "#";
        StatusNumber = 1;
        while (!Stack.empty()){
            Stack.pop();
        }
        while (!status.empty()){
            status.pop();
        }
    
    return 0;
}