编译原理课程设计 基于Java的LL(1)文法预测分析程序

1概述

语法分析器的任务在于，对词法分析器识别出的单词符号串进行识别分析，如程序中的表达式、说明语句等各类型语句，对于语法分析主要采取的是上下文无关文法进行描述的，且主要分为自上而下的语法分析以及自下而上的语法分析，而在自上而下的语法分析中存在回溯现象，为了避免回溯，在自上而下的语法分析方法中，主要采用LL(1)语法分析方法，LL(1)分析方法的主要特点为：文法不含左递归，文法中每一个非终结符的各个产生式的候选首符集两两不相交，对输入的字符，都能精确的选取候选式进行工作，进而避免回溯。

2需求分析

LL(1)预测分析器由分析表,符号栈,和总控程序组成。为了方便使用分析器，本程序通过从程序的主界面选择txt文本读取文法的形式，自动生成分析表，在分析表的界面，可以输入句子，判断句子符不符合该文法，并出现提示。使用者需要把文法写入到某个txt文本中，且要注意格式，格式不对会提示。本程序不提供LL（1）文法判断功能，所以使用者要自己判断所选择的文法是不是LL（1）文法，另外对文法格式也有要求，一个非终结符号的产生式，只能写在一行，如E->+TE|-TE，而不能分成E->+TE，E->-TE，且非终结符号只能为一个字符，即不能出现诸如E'的形式，该形式为两个字符。

预测分析器用Java语言编写，界面分为文件选择界面，分析表界面。为了构造分析表，加入了求解文法的first集合和follow集合的模块。除了图形界面，在控制台，程序还可以打印文法follow集合和first集合，以及分析表的预测分析步骤

3概要设计

3.1开发工具及平台

软件：应用eclipse集成开发工具，用Java语言编写预测分析器。

硬件：Intel CPU 2950m

操作系统：WIN10

3.2主要开发技术

3.2.1 Java编程语言

Java 是面向对象程序设计语言。Java 语言具有以下特性：简单性高效、面向对象、平台无关性、交互式特性、多线程机制、动态内存管理机制等多种特性。这些特性为程序员编写高质量的程序提供保障，也是 Java 在大数据时代和移动互联网时代能处于主流地位的基础。

3.2.2 Swing开发工具包

Swing是一个用于开发java应用程序用户界面的开发工具包，通过Swing工具包能够快速设计、编写java应用程序的用户界面，利用该开发工具包来设计、开发G文法的递归下降分析器的用户界面。

3.3设计原理

根据文法规则，生成每个非终结符的Follow集，Firs集。通过两个集合构造预测分析表。总控程序，根据分析表，输入串的当前符号，符号栈栈顶符号决定执行的动作。

求FIRST集的算法思想：

如果产生式右部第一个字符为终结符，则将其计入左部first集，如果产生式右部第一个字符为非终结符，求该非终结符的first集，将该非终结符的非εfirst集计入左部的first集，若存在ε，则将指向产生式的指针右移，若不存在ε，则停止遍历该产生式，进入下一个产生式，若已经到达产生式的最右部的非终结符，则将ε加入左部的first集，处理数组中重复的first集中的终结符。

求FOLLOW集的算法思想：

  对于文法G的每个终结符A构造Follow（A）的办法是，连续使用下面的规则，直至每个Follow不在增大为止。

 （1）对于文法的开始符号S，置#于Follow（S）中

 （2）若 A->aBb是一个产生式，则把First（b）\{ε}加至Follow（B）中

 （3）若A->aB是一个产生式，或A->aBb是一个产生式而b→ε，则把Follow（A）加至Follow（B）中。

构造分析表M的算法是：

 (1) 对文法G的每个产生式A->a执行第二步和第三步；

 (2) 对每个终结符a∈FIRST(a),把A->a加至M[A,a]中；

 (3) 若ε∈FIRST(a),则把任何b∈FOLLOW(A)把A->a加至M[A,b]中；

 (4) 把所有无定义的M[A,a]标上出错标志。

 

3.4主要功能的模块结构

 

 

图 1 模块结构图

4.1程序主体设计

程序打开时的界面，功能主要是导入存放文法的txt文件，并将文件构造成文法，调用其他的类生成其First集，Follow集，再根据这两个集合构造分析表。把表传入分析表界面将其显示出来。

    操作过程如下图：

 

图 2 主界面

 

图 3 选择文件界面

图 4 显示打开的内容

 

图 5 分析表界面

 

图 6 输入句子 

 

图 7控制台显示的两个集合

  

 

 

 

图 8 控制台显示的分析步骤

4.2分析表构造

     分析表构造，首先要求出文法的First集和Follow集。由于Follow集需要求解First集，故而设计时Follow类中带有First集合。因此，生成表时只需传入Follow集。

     下面给出求解文法First集的流程图。

图 9 求解文法First集的流程图

 

4.3分析句子

以下是句子分析功能实现的详细代码:

public String analyseSentence(String sentence){

 ConsoleTable t = new ConsoleTable(4, true);

 t.appendRow();

 t.appendColum("------步 骤 ------").appendColum("--符号栈--------").appendColum("输入---------").appendColum("所用产生式");

        sentence+="#";

        TableCell ts=null;

        Stack stack=new Stack();

        stack.push('#');

        int index=0;

        stack.push(rules.getStart());

        Character temp=null;

        boolean flag=true;

        int count=0;

        //输出信息

        StringBuffer stackString=new StringBuffer();

        for(int i=0;i=0;i--){

                        stack.push(ts.getRuleRight().charAt(i));

                    }

                }

 

                //输出信息

                stackString=new StringBuffer();

                for(int i=0;i"+ts.getRuleRight());

             //   System.out.println(count+" "+stackString+" "+sentence.substring(index)+ts.getRuleLeft()+"->"+ts.getRuleRight());

            }else{

                return "ERROR";

            }

        }

        System.out.println(t.toString());

        return "SUCCESS";

}

其算法如下

对于栈顶符号X和当前的输入符号，总控程序每次都执行下述三种可能的动作。

（1）若X=a=‘#’，则宣布分析成功，停止分析。

（2）X=a！=‘#’，则把X弹出栈顶，让a指向下一个符号。

（3）若X是一个非终结符，则查看分析表M。若M[A，a]中存放着关于X的一个产生式，那么，首先把X弹出栈顶，然后把产生式右部反序压入栈中，若右部符号为ε，则不用推什么东西进栈。把产生式的右部符号压入栈中时，同时做这个产生式相应的语义动作。M[A,a]存放出错标志，则报错，停止分析。

5程序测试

对于文法G，产生规则如下，使用设计表里的用例测试,结果如下图。

B->*FB|ε

T->FB

E->TA

F->(E)|i

A->+TA|ε

表1 用例设计表

类别	用例
合法性	i+i+i
	(i+i)*(i+i)
	i
非法性	i+*i
	i*(i
	7

 

图 10 输入i+i+i，分析

 

图 11 输入(i+i)*(i+i)，分析

 

图 12 输入i，分析

 

图 13 输入i+*i，分析

 

图 2 输入i*(i，分析

 

图 3 输入7，分析

整个程序参考了在网上找到的一个程序的源码。其中First集是自己做的，Follow集、构造分析表和分析句子模块参考了别人的代码。求解Follow集时重要的是消去递归中的死循环，构造分析表时要考虑填入哪个产生式。