LR0语法分析.docx

1、LR0语法分析编译原理课程设计报告选题名称： LR（O）语法分析 系（院）： 计算机工程学院专 业： 计算机科学与技术 班 级： 计算机1075（单招） 姓 名： 赵俊丽学号: 14指导老师： 于长辉王文豪高丽夏森学年学期：20092010学年第2学期设计任务书课题 名称LR(O)语法分析设计 目的LR(O)分析法是一种移进-规约过程，能根据当前分析栈中的符号串，同时 也不用向右查看输入吊的符号就可唯一确定分析器的动作。通过对给定的文法 构造LR(O)分析表和实现某个符号串的分析掌握LR(O)分析法的基本思想。WindowsXP操作系统，Visual O+以上编译环境任务 要求1录入合法的LR

2、(0)文法2.构造并输出LR(0)分析表3.对输入的符号串进行语法分析工作进度计划序号起止日期工作内容109. 12. 14选定题目，明确题目要求209. 12. 15课题深入调研、细化工作，系统方案设计309. 12. 16程序录入、调试、整合409. 12. 18上机演示，课程设计分组答辩，完成课程设汁报告指导教师(签章人摘要：编译程序是现代计算机系统的基本组成部分之一，语法分析是编译程序的核 心部分，识别山语法分析给出的单词符号序列是否是给定文法的正确句子，把词 法记号流按语言的语法结构层次地分组，以形成语法短语。一个编译程序的工作 过程一般可以划分为五个阶段：词法分析、语法分析、语义分

3、析与中间代码生成、 优化、目标代码生成。LR (0)是一种自底向上的语法分析方法，是已知的最一 般的无回溯的移近一归约方法，这一方法能够识别所有能用上下文无关文法描述 的程序语言的结构。本文主要讨论LR (0)语法分析的构造。着重分析LR(0)分 析器的一般原理、实现思想、基本设计方法以及主要实现技术和工具。操作员录 入合法的LR(0)文法，则自动生成LR(0)分析表，并对任一输入串进行分析。判 断其是否是给定文法的句子。还可以对输入的句子进行语法分析。关键词：自底向上分析；移进；规约1课题综述 11.1课题来源 1 11.3预期目标 11.4面对的问题 22系统分析 32.1涉及的基础知识

4、32.2总体方案 53系统设计 53.1算法描述 63.3详细流程图 94代码编写 105程序调试 15总结 19致 谢 20参考文献 211课题综述1. 1课题来源编译器设讣的编译程序涉及到编译五个阶段中的三个，即词法分析器、语法 分析器和中间代码生成器。编译程序的输出结果包括词法分析后的二元式序列、 变量名表、状态栈分析过程显示及四元式序列程序。整个编译程序分为三部分： 词法分析部分、语法分析处理及四元式生成部分、输出显示部分。一个程序设计语言就是一个记号系统，如同自然语言一样，它的完整的定义 应包括语法和语义两个方面。所谓一个语言的语法是指一组规则，用它可以形成 和产生一个合适的程序。目

5、前广泛使用的手段是上下文无关文法，即用上下文无 关文法作为程序设计语言语法的描述丄具。自底向上分析方法是一种移进-规约过程，当分析的栈顶符号串形成句柄时 就釆取归约动作，因而自底向上分析法的关键问题是在分析过程中如何确定句 柄。LR分析法正是给出一种能根据当前分析栈中的符号串(通常以状态表示) 和向右顺序查看输人串的k个(k二0)符号就可惟一地确定分析器的动作是移进 还是归约和用哪个产生式归约，因而也就能惟一地确定句柄。LR分析法的归约 过程是规范推导的逆过程，所以LR分析过程是一种规范归约过程。1. 2意义LR (0)分析方法虽然对文法的限制比较大，对绝大多数高级语言的语法 分析器不能适用，

6、然而他是构造其他LR类分析器的基础，学习和掌握LR (0) 分析的原理和方法是我们掌握更高级语言语法分析的基础。归纳起来，大体上可 分为两大类，即自顶向下分析方法和自底向上分析方法。自底向上分析方法是一种移进-规约过程，当分析的栈顶符号审形成句柄时 就釆取归约动作，因而自底向上分析法的关键问题是在分析过程中如何确定句 柄。LR分析法正是给出一种能根据当前分析栈中的符号吊(通常以状态表示)和 向右顺序查看输人审的k个(k=0)符号就可惟一地确定分析器的动作是移进还 是归约和用哪个产生式归约，因而也就能惟一地确定句柄。LR分析法的归约过 程是规范推导的逆过程，所以LR分析过程是一种规范归约过程。1

7、. 3预期目标本次课程设讣的LI标即是利用所学过的编译原理的知识，利用LR(O)分析 法，用C语言写出一个简单的LR(O)语法分析器。该语法分析器所要完成的功能 是，对录入的文法判断它是否为LR(O)文法，如果是输出LR (0)分析表；在给 定文法的情况下，能够利用LR(0)分析表，对用户输入的一串字符串用LR(0)分 析法进行分析，判断该字符串是否为符合给定文法的一个句子，建立文法及其 LR分析表表示的数据结构，设计并实现一个LR(0)的分析器。1. 4面对的问题(1)分析表的构造。(2)归约还是移进的判断。(3)接受acc的判断。(4)编程结果的输出。在本次课程设计中，主要的是面对的文法的

8、确定，以及分析其工作过程如何 进行。对于文法确定的问题，必须找到一个符合LR(0)规范的文法，并且该文法 不易太复杂，否则对于初次编写语法分析器的我们来说会比较复杂，否则容易出 错。第二个就是分析过程的问题，目前，我们只是了解了理论上LR(0)的分析过 程，但如何将该过程用程序去实现，并且能够对一个输入串进行实时的分析是比 较复杂的。这涉及到对一个字符串进行一个字符一个字符的读取和操作，并且还 要对儿个连在一起的字符进行合并等操作，要求比较的高，对我们而言比较困难。在规范规约的过程中，一方面记住已移进和规约出的整个符号串，另一方面 根据所用的产生式推测未来可能碰到的输入符号。当一串句柄的符号串

9、呈现于分 析栈的顶端时，希望能够根据上面过程中的数据来确定栈顶的符号串是否构成相 对某一产生式的句柄。能正确初始化状态栈，对栈内元素的进栈和出栈，取栈顶元素以及遍历栈元 素，LR分析方法是一种自底向上的分析方法，是一种个移进-归约的过程。当分 析的栈顶符号串形成句柄时就采取归约动作，因而自底向上分析法的关键问题是 在分析过程忠如何确定句柄。LR (0)分析器是在分析过程中不需要察看输入符 号，因而它对文法的限制较大，对绝大多数高级语言的语法分析器是不能使用的, 然而，他是构造其他LR类分析器的基础。需解决的关键技术(1)词法编译器。(2)交互式面向对象的词法编译器基本功能是。(3)根据规约规则

10、对字符进行归约。(4)符合条件时采取移进动作。2系统分析2. 1涉及的基础知识2. 1. 1词法编译器功能(1)导入任意文法，也可以自己输入。(2)输出文法的分析过程，以及判断是否为LR (0)文法，输出分析表。(3)输入句子，进行语法分析。(4)输出结构树。2. 1. 2词法分析器的设计方法有如下四个步骤：(1)写出该语言的词法规则。(2)把词法规则转换为相应的状态转换图。(3)把各转换图的初态连在一起，构成识别该语言的自动机。(4)设计扫描器；把扫描器作为语法分析的一个过程，当语法分析需要一个 单词时，就调用扫描器。扫描器从初态出发，当识别一个单词后便进入终态，送 出二元式。2. 1. 3

11、动态模拟算法的基本功能(1)输入LR分析表和一个句子。(2)输出LR总控程序。(3)输出依据句子构对应的语法树的过程。(4)设计一个给定LR分析表，输入一个句子，能曲依据LR分析表输出与 句子对应的语法树，能对语法树生成过程进行模拟。表2-1 LR分析表STAACTIONGOTOTEabcd#EIF0S2S311acc2S4SI063S5S474S4SI085S5SI196rlrlrlrlrl7r2r2r2r2r28r3r3r3r3r39r5ror5r5r510r4r4r4r4r411r6r6r6r6r6（5） 输入句子：bccd#o（6） 根据文法产生的LR分析表。（7） 输出结果2.1.4

12、 LR分析器的构成一个LR分析器由3个部分组成（1） 总控程序，也可以称为驱动程序。对所有的LR分析器，总控程序都是 相同的。（2） 分析表或分析函数。不同的文法分析表将不同，同一个文法釆用的LR 分析器不同时，分析表也不同，分析表乂可以分为动作（ACTION）表和状态转换（GOTO）表两个部分，它们都可用二维数组表示。（3） 分析栈，包括文法符号和相应的状态栈。它们均是先进后出栈。 分析器的动作山栈顶状态和当前输入符号所决定（LR（O）分析器不需向前查看输入符号）。解决问题的基本思路1、 用构造一个状态转换函数实现状态转换。2、 再通过函数构造一个移进一归约函数实现移进规约动作。3、 采用构

13、造一个打印LR分析器的工作过程函数实现输出。在规范规约的过程中，一方面记住已移进和规约出的整个符号吊，另一方面 根据所用的产生式推测可能碰到的输入符号。每一项ACTION（s, a）所规定的动 作不外是下述四种可能之一：（1） 移进：把（s, a）的下一个转态s = GOTO（s, X）和输入符号&推进 栈，下一输入符号变成现行输入符号。（2） 规约：指用某一产生式A-B进行规约。假若P的长度为r,规约的 动作是A,去除栈顶的r个项，使状态Sm-r变成栈顶状态，然后把（Smp, A） 的下一状态s二G0T0（Sm-r, A）和文法符号A推进栈。规约动作不改变现行输 入符号。执行规约动作意味着P

14、（= Xm-r+1-Xm）已呈现于栈顶而且是一个相 对于A的句柄。（3） 接受：宣布分析成功，停止分析器的工作。（4） 报错：发现源程序含有错误，调用出错处理程丿了；。2. 3总体方案本课题是由一个四人的团队去完成的，所以，每个小组成员分配了不同的工 作共同完成这个项目。2. 4功能模块框图图功能模块框图3系统设计3. 1算法描述1、已知文法G(1)E-E+T(2)E-T(3)T-T*F(4)T-F(5)F-(E)(6)F-i2、LR(O)分析表的构造算法如下：假设已构造出LR(O)项目集规范族为：C=IO,I1,，In其中Ik为项目集的名字，k为状态名，令包含S-S项目的集合Ik的 下标k为

15、分析器的初始状态。那么分析表的ACTION表和GOTO表构造步骤为：(1)若项目A-。aB属于Ik且转换函数GO (Ik, a) = Ij,当a为终结符 时则置ACTIONk, a为Sj,其动作含意为将终结符a移进符号栈，状态j进入状 态栈，(相当状态k时遇a转向状态j)。(2)若项目A-ci属于Ik,则对任何终结符a和号置ACTIONk, a 和ACTIONk, 为rj, j为在文法G中某产生式a的序号。rj动作的含 义是把当前文法符号栈顶的符号串归约为A,并状态栈指针从栈顶向下移动 I a丨的长度，文法符号栈从栈顶弹出2 |个符号，非终结符A变为当前面临的 符号。(3)若GO(Ik,A)=

16、Ij，则置GOTOk,A为”j,其中A为非终结符,表示当 前状态为k时，遇文法符号A时状态应转向j,因此A移入文法符号栈，j移入 状态栈。(4)若项目S -S 属于Ik,则置ACTIONk, #为dec,表示接受。(5)凡不能用上述方法填入的分析表的元素，均应填上报错标志。为了表 的清晰我们仅用空口表示错误标志。根据这种方法构造的LR(O)分析表不含多重定义时，称这样的分析表为LR(O) 分析表，能用LR(O)分析表的分析器称为LR(O)分析器，能构造LR(O)分析表的 文法称为LR(O)文法。3、产生如图2-1所示的LR分析表这张分析表包括两个部分，一是“动作”(ACTION)表，另一是“状

17、态转换” (GOTO)表。ACTION(S, a)规定了当状态S面临输入符号a时应采取什么动作。GOTO (S, X)规定了状态S面对文法符号X (终结符或非终结符)时下一状态是 什么。显然，GOTO(S, X)定义了一个以文法符号为字母表的DFA。每一项ACTION(S, a)所规定的动作不外是下述四种可能之一：(1)移进把(S, &)的下一个转态S二GOTO(S, X)和输入符号&推进栈， 下一输入符号变成现行输入符号。(2)规约指用某一产生式A-0进行规约。假若B的长度为r,规约的动 作是A,去除栈顶的r个项，使状态Sm-r变成栈顶状态，然后把(Sm-r, A)的 下一状态S二GOTO

18、(Sin-r,A)和文法符号A推进栈。规约动作不改变现行输入符 号。执行规约动作意味着B (二Xm-r+lXm)已呈现于栈顶而且是一个相对于A 的句柄。(3)接受宣布分析成功，停止分析器的工作。(4)报错发现源程序含有错误，调用出错处理程序。一个LR分析器的工作过程可看成是栈里的状态序列，已规约串和输入串所 构成的三元式的变化过程。分析开始时的初始三元式为：(SO, 锹ala2 an#)。其中，SO为分析器的初态；#为句子的左括号；ala2an为输入串；其 后的#为结束符(句子右括号)。分析过程每步的结果可表示为：(SOS1Sm, ttXlX2 Xm ai, ai+1 an#)。实现方法3.2

19、. 1构造分析表LR分析器实质上是一个带先进后出存储器(栈)的确定有限状态自动机。 LR分析器的每一步工作是由栈顶状态和现行输入符号所唯一决定的。构造一个 int型二维数组table13 9,用于存放LR分析表。并初始化。作者这样规定：011表示状态Sj,其中0对应SO, 1对应S121 26表示规约Rj,其中21对应R1, 22对应R2，12表示“接受” O-1 表示规约出错，报错。3. 2. 2程序设计关键(1)在输入串(句子)输入的过程中，涉及到一个压栈的问题。但是输入串 压入的字符顺序刚好与原理中的字符吊模型刚好相反，这样需要先弹出的反而在 栈底。为了既要保证字符串输入，乂要让输入的字

20、符串存储顺序与输入的字符串 相反。采取以下措施：先将输入的字符串压入符号栈symbol中，然后符号栈弹出的字符再压入输 入串栈instr中，这样实现了输入串的倒序存储。(2)状态栈和符号栈输出(遍历)过程均采取自栈底到栈顶的顺序，而输 入申栈则是采取自栈顶到栈底的顺序输出。3. 2.3 LR(0)项目集规范族的构造识别活前辍的NFA我们可以利用子集法将其确定化。对确定化后的DFA如果 把每个子集中所含状态集对应的项LI写在新的状态中。对于构成识别一个文法活前缀的DFA项目集(状态)的全体称为这个文法的 LR(0)项口集规范族，我们可以分析每个状态中项集的构成，不难发现如下规 律：若状态中包含形

21、如A-aBB的项目，则形如B-Y的项目也在此状态 内。例如：0状态中项目集为S-E, E-aA, E-bB。回顾由NFA确定化到DFA时，E-aA和E-bB正是属于S-E的闭 包中。因而，可引入闭包函数(CLOSURE)来求DFA个状态的项LI集。若文法G已拓广为G，而S为文法G的开始符号，拓广后增加产生式S -S。 如果I是文法L的一个项目集，定义和构造I的闭包CLOSURE如下：(1)I的项目均在CLOSURE中。(2)若A-aBB属于CLOSURE(I),则每一形如B-Y的项目也属于CLOSURE (I)o (3)重复(2)直到不出现新的项LI为止。即CLOSURE不再扩 大。山此，我们

22、可以很容易构造出初态的闭包，即S-S属于I,再按上述 三点求其闭包。回顾在构造识别活前缀的NFA时，其两个相邻状态对应的项LI是出自同一个 产生式，只是圆点的位置相差1,箭弧上的标记为前一个状态和后一个状态对应 项目圆点间的符号，（除了箭弧上标记为的外）。由于识别活前缀的DFA的每个状态是一个项LI集，项LI集中的每个项LI都不 相同，侮个项U圆点后的符号不一定相同，因而对每个项U圆点移动一个位置后， 箭弧上的标记也不会完全相同，这样，对于不同的标记将转向不同的状态。例如 初态S-E, EfaA,E-bB对第一个项目圆点右移一个位置后变为 S -E 箭弧标记应为E,对第二个项目E-aA,圆点右

23、移一个位置后，项目 变为E-dA,箭弧标记为a,同样第三个项目为圆点右移一个位置后变为 E-bB,箭弧标记为b,显然，初态可发出三个不同标记的箭弧，因而转向三 个不同的状态，也就由初态派生出三个新的状态，对于每个新的状态我们乂可以 利用前面的方法，若圆点后为非终结符则可对其求闭包，得到该状态的项LI集。 圆点后面为终结符或在一个产生式的最后，则不会再增加新的项口。3. 3详细流程图图LR分析器设计流程图4代码编写4. 1主要模块的代码分析4. 1.1生成分析表代码void CLROForWinDlg:0nGtable()CTableDlg dig;(IDC.EXPLORERl, RESIZE_

24、BOTH);(IDOK, ANCHORE.BOTTOM ANCHORE_RIGHT);(IDC.EXPORT, ANCHORE_BOTTOM ANCHORE.RIGHT);(IDC.ANALYZE, ANCHORE_BOTTOM | ANCHORE.RIGHT);string temp =”；CString t;for(int i = 0; i 0; i卄)(i, t);4.1. 2etRight(). lengthO-l, GetLeft 0 0);assert(j != -1);(GetStepInfo(iStep, Status, Symbol, 0 - iPos), ToDo, j);

25、 for(i = 0; i . GetRight 0. length0; i+)0;0; GetLeft () 0);(j)；case a :if (iPos)二二#)(GetStepInfo(iStep, Status, Symbol, 0 - iPos), ToDo, -1); bGoOn = false;elsebErrorFlag = true;break;case 0:bErrorFlag = true;break;default:assert (false);iStep+;(/table)；if (bErrorFlag)C分析失败，输入的字符串是不符合预立文法的!导入文法I 生成分

26、析表(G)清除文法(C)保存文法关闭+1( )产生式集合I 添加I删除IE-E+TE-TT-T*FT-FF-(E)F-i58 LR(O)文法分析表生成程序 I旦非终结符集合.i终结符集合文法开始符号55总出 fS2 J3RaRdRd&Rd&厶4SsSd823:(1)5RgRgR&R&R&Rg6SsSd93表(G)7S5Sd10沢C)18SgSn严王9RiRiRiRiRiRi：(s)10RsRsRsRsRsRsE-111RsRsRsRsRsRsE-y T-yT-1分析句子)1保存结果(E) 1关闭1F-i关闭7肖军模程序设计语言编译方法M大连：大连理工岀版社，20008许福,舒志，张威.Visual C+程序设计技巧与实例北京:中国铁道出版社, 2003