编译原理实验-PL0自底向上语法分析

最近顶着考研的压力去做了一下编译原理的实验，实验的要求是写一个PL/0语法的编译器，一开始想从网上找找有没有现成的代码改一改就完事了，结果百度的结果都是递归下降分析，而老师的课程大部分都在讲自底向上分析的知识，而我甚至不知道这个文法是不是SLR的，所以为了讲实验一咬牙干脆自己写一个好了，如果算出来是SLR的就去讲实验，不是SLR大不了分不要了，因为LL(1)表的构造实在是让人难受，幸好结果证明这文法确实是SLR的。
有限的时间中大多数都花在了构造语法分析表的部分，所以后面的翻译执行并没有完成。

完整的python实现程序已经上传到了码云，需要的话可以参考：
编译原理实验-PL0自底向上分析

1.原文法

〈程序〉→〈分程序>.

〈分程序〉→ [<常量说明部分>][<变量说明部分>][<过程说明部分>]〈语句〉

<常量说明部分> → CONST<常量定义>{ ,<常量定义>}；

<常量定义> → <标识符>=<无符号整数>

<无符号整数> → <数字>{<数字>}

<变量说明部分> → VAR<标识符>{ ,<标识符>}；

<标识符> → <字母>{<字母>|<数字>}

<过和说明部分> → <过程首部><分程度>；{<过程说明部分>}

<过程首部> → procedure<标识符>；

<语句> → <赋值语句>|<条件语句>|<当型循环语句>|<过程调用语句>|<读语句>|<写语句>|<复合语句>|<空>

<赋值语句> → <标识符>:=<表达式>

<复合语句> → begin<语句>{ ；<语句>}end

<条件> → <表达式><关系运算符><表达式>|ood<表达式>

<表达式> → [+|-]<项>{<加减运算符><项>}

<项> → <因子>{<乘除运算符><因子>}

<因子> → <标识符>|<无符号整数>|(<表达式>)

<加减运符> → +|-

<乘除运算符> → *|/

<关系运算符> → =|#|<|<=|>|>=

<条件语句> → if<条件>then<语句>

<过程调用语句> → call<标识符>

<当型循环语句> → while<条件>do<语句>

<读语句> → read(<标识符>{ ，<标识符>})

<写语句> → write(<标识符>{，<标识符>})

<字母> → a|b|c…x|y|z

<数字> → 0|1|2…7|8|9

2.词法分析

这里我用字符串分析的方法来做的，具体逻辑可以见代码语法分析树文件夹下的tokens.py。在词法分析的同时，我把一部分非终结符变成了终结符方便处理：

终结符
const var procedure begin end ood if then while do read call write
 := = { } ( ) ; , .
id-<标识符>　
un-<无符号整数>　 
re-<关系运算符>　 #|<|<=|>|>=
mn-<加减运算符>　+|-
td-<乘除运算符>　*|/

3.状态分析表构造

自底向上的分析方法需要状态分析表才能够实现，所以其实我最主要干的事就是造了这个分析表。
首先需要改写文法，因为当前这种文法表示形式是不能去用所学的算法构造分析表的，所以我改成了等价文法(其实并不等价，那个#当做终结符用了，所以其实最后结果中的#并没有当不等号用，如果需要可以再完善这个文法)：

S→<程序>
<程序>→<分程序>.
<分程序>→ <常量说明部分><变量说明部分><过程说明部分><语句>
<常量说明部分>→
<常量说明部分> → const <常量定义><常量定义组>;
<常量定义组>→,<常量定义><常量定义组>
<常量定义组>→
<常量定义> → id=un
<变量说明部分>→
<变量说明部分> → var <参数组>; 
<参数组>→id<标识符组>
<标识符组>→,id<标识符组>
<标识符组>→
<过程说明部分>→
<过程说明部分> → <过程首部><分程序>;<过程说明部分>
<过程首部> → procedure id;
<语句> → <赋值语句>
<语句> → <条件语句>
<语句> → <当型循环语句>
<语句> → <过程调用语句>
<语句> → <读语句>
<语句> → <写语句>
<语句> → <复合语句>
<语句> →
<赋值语句> → id:=<表达式>
<条件语句> → if<条件>then<语句>
<条件> → <表达式>re<表达式>
<条件> → ood<表达式>
<表达式> → <项><表达式组>
<表达式组> → <加减运符><项><表达式组> 
<表达式组> →
<加减运符>→mn
<项>→<因子><因子组>
<因子组> → td<因子><因子组>
<因子组>→
<因子> → id
<因子> → un
<因子> →(<表达式>)
<读语句> → read(<参数组>)
<写语句> → write(<参数组>)
<复合语句> → begin<语句><中间语句>end
<中间语句>→;<语句><中间语句>
<中间语句>→
<当型循环语句> → while<条件>do<语句>
<过程调用语句> → call id

一开始手算了一点，算着算着就发现这玩意手算估计我当天晚上就不用睡觉了：
于是决定开始写程序去算，具体的逻辑实在太过复杂，First，Follow还有最后的状态收集打印都花了我不少时间，这里直接讲述一下分析表生成程序的用法，所有关于分析表生成的程序都在状态表构造V2目录下：

3.1.将文法保存在gra.txt

如图，将自己的文法写到gra.txt中。

3.2.运行程序得到分析表

在命令行键入

python3 main.py

即可运行程序

如图，程序运行会打印出所有状态，可以利用管道把这个状态输出到文件中便于进行调试。这里的xtzdj.csv就是生成的分析表，可用Excel打开查看：
这里行是状态，列是终结符或者非终结符，表中单元则是转移或者规约动作。

4.进行语法分析

得到语法分析表之后，就可以愉快的分析源程序的语法了，其实编写程序的过程并不愉快，文法的读取、状态的收集去重等还是花了我很长时间，这里也不具体讲述代码了，简单说一下程序执行方式：

4.1.把文法和语法分析表拷贝到语法分析树v2目录下

如图，把这两个文件放到该目录下。

4.2.把要分析的源码写到目录下的test.pl0中

这里我的逻辑默认从test.pl0中读取源代码分析，如果需要的话可以修改syntax.py来修改这个默认名称。

4.3.运行语法分析程序

在命令行中键入

python3 syntax.py

即可运行程序。
如图所示，成功的识别了测试的pl0程序，并打印出了语法树的树枝。即语法分析成功。

其实到这一步整个编译器的工作并没有完成，接下来应该为其编写对应的属性文法，然后把源代码翻译成四元组，然后再是代码的优化，最后是执行，剩下的部分如果以后能闲下来再去探究吧。