编译原理 实验二 LL(1)分析法程序实现

源代码仓库：CompilePrincipleLearning/experiment_2 · yusixian/CompilePrincipleLearning (github.com)

一. 实验目的

1. 掌握LL(1)分析法的基本原理
2. 掌握LL(1)分析表的构造方法
3. 掌握LL(1)驱动程序的构造方法

二. 实验内容及要求

编写识别单词的词法分析程序。

根据某一文法编制调试LL（1）分析程序，以便对任意输入的符号串进行分析。本次实验的目的主要是加深对预测分析LL（1）分析法的理解。

例：对下列文法，用LL（1）分析法对任意输入的符号串进行分析：

（1）E->TG

（2）G->+TG|—TG

（3）G->ε

（4）T->FS

（5）S->*FS|/FS

（6）S->ε

（7）F->(E)

（8）F->i

输出的格式如下：

(1) LL（1）分析程序，编制人：姓名，学号，班级

(2) 输入一以#结束的符号串(包括 +*（）i#)：i*(i+i)+(i*i)#

(3) 输出过程步骤如下：

步骤	分析栈	剩余输入串	所用产生式
1	E	i+i*i#	E->TG

(4)输入符号串为非法符号串(或者为合法符号串)

备注：

(1) 在“ 所用产生式 ”一列中如果对应有推导则写出所用产生式；如果为匹配终结符则写明匹配的终结符；如分析异常出错则写为“分析出错”；若成功结束则写为“分析成功”。

(2)在此位置输入符号串为用户自行输入的符号串。

(3)上述描述的输出过程只是其中一部分的。

注意：1．表达式中允许使用运算符（±*/）、分割符（括号）、字符i，结束符#；

2．如果遇到错误的表达式，应输出错误提示信息（该信息越详细越好）；

3．对学有余力的同学，测试用的表达式事先放在文本文件中，一行存放一个表达式，同时以分号分割。同时将预期的输出结果写在另一个文本文件中，以便和输出进行对照；

4．可采用的其它的文法

三. 实验过程

1、采用的数据结构

产生式类型定义为type，左侧为origin，大写字符，右侧产生的字符

struct type { /*产生式类型定义      */
    char origin;   /*产生式左侧字符 大写字符  */
    string array; /*产生式右边字符 */
    int length;    /*字符个数      */
    type():origin('N'), array(""), length(0) {}
    void init(char a, string b) {
        origin = a;
        array = b;
        length = array.length();
    }
};

初始化数据结构如下：

e.init('E', "TG"), t.init('T', "FS");
g.init('G', "+TG"), g1.init('G', "^");
s.init('S', "*FS"), s1.init('S', "^");
f.init('F', "(E)"), f1.init('F', "i");

2、头文件声明和全局变量定义

如下

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;
const string ExpFileName = "./exp.txt";
char analyeStack[20];                           /*分析栈*/
char restStack[20];                             /*剩余栈*/
const string v1 = "i+*()#"; /*终结符 */
const string v2 = "EGTSF";      /*非终结符   */
const string acceptStr = "i+*()#";   // 接受的字符串
int top, ridx, len; /*len为输入串长度 */
struct type { /*产生式类型定义      */
    char origin;   /*产生式左侧字符 大写字符  */
    string array; /*产生式右边字符 */
    int length;    /*字符个数      */
    type():origin('N'), array(""), length(0) {}
    void init(char a, string b) {
        origin = a;
        array = b;
        length = array.length();
    }
};
type e, t, g, g1, s, s1, f, f1; /* 产生式结构体变量 */
type C[10][10];                 /* 预测分析表 */

4、函数汇总

（1）函数汇总表

函数名称	功能简述
readFile	读取文件函数，返回一个string动态数组，以行数分割
init	初始化函数，在该函数中进行分析栈、剩余栈的初始化
print	输出当前分析栈和剩余栈
isTerminator	判断当前字符c是否是终结符
analyze	分析字符串s，输出其分析步骤
main	主程序入口，从此进入，填充初始分析表及产生式初始化，调用读取文件函数开始分析

（2）函数的调用关系

5、实验结果

输入

文件exp.txt

i*(i+i)+(i*i)#
i*i-i/1#
i+i*i+i*(i+i*i)#
i+*i(i)+i(i+i*i)#
i+i(i)#code.txt

输出

完整代码

/*
 * @Author: cos
 * @Date: 2022-04-12 23:03:36
 * @LastEditTime: 2022-04-13 01:32:58
 * @LastEditors: cos
 * @Description: 
 * @FilePath: \CS\experiment_2\main.cpp
 */
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;
const string ExpFileName = "./exp.txt";
char analyeStack[20];                           /*分析栈*/
char restStack[20];                             /*剩余栈*/
const string v1 = "i+*()#"; /*终结符 */
const string v2 = "EGTSF";      /*非终结符   */
int top, ridx, len; /*len为输入串长度 */
struct type { /*产生式类型定义      */
    char origin;   /*产生式左侧字符 大写字符  */
    string array; /*产生式右边字符 */
    int length;    /*字符个数      */
    type():origin('N'), array(""), length(0) {}
    void init(char a, string b) {
        origin = a;
        array = b;
        length = array.length();
    }
};
type e, t, g, g1, s, s1, f, f1; /* 产生式结构体变量 */
type C[10][10];                 /* 预测分析表 */
void print() {/*输出分析栈和剩余栈 */
    for(int i = 0; i <= top + 1; ++i)   /*输出分析栈  */
        cout << analyeStack[i];
    cout << "\t\t";

    for(int i = 0; i < ridx; ++i) /*输出对齐符*/
        cout << ' ';
    for(int i = ridx; i <= len; ++i)   /*输出剩余串*/
        cout << restStack[i];
    cout << "\t\t\t";
}
// 读文件
vector<string> readFile(string fileName) {
    vector<string> res;
    try {
        ifstream fin;
        fin.open(fileName);
        string temp;
        while (getline(fin, temp))
            res.push_back(temp);
        return res;
    } catch(const exception& e) {
        cerr << e.what() << '\n';
        return res;
    }
}
bool isTerminator(char c) { // 判断是否是终结符
    return v1.find(c) != string::npos;
}
void init(string exp) {
    top = ridx = 0;
    len = exp.length();     /*分析串长度*/
    for(int i = 0; i < len; ++i)
        restStack[i] = exp[i];
}
void analyze(string exp) {  // 分析一个文法
    init(exp);
    int k = 0;
    analyeStack[top] = '#';
    analyeStack[++top] = 'E'; /*'#','E'进栈*/
    cout << "步骤\t\t分析栈 \t\t剩余字符 \t\t所用产生式 " << endl;
    while(true) {
        char ch = restStack[ridx];
        char x = analyeStack[top--]; /*x为当前栈顶字符*/
        cout << ++k << "\t\t";
        if(x == '#') {
            cout << "分析成功！AC！\n" << endl; /*接受 */
            return;
        }
        if(isTerminator(x)) {
            if (x == ch) {  // 匹配上了
                print();
                cout << ch << "匹配" << endl;
                ch = restStack[++ridx]; /*下一个输入字符*/
            } else {             /*出错处理*/
                print();
                cout << "分析出错，错误终结符为" << ch << endl; /*输出出错终结符*/
                return;
            }
        } else {    /*非终结符处理*/
            int m, n;   // 非终结符下标， 终结符下标
            v2.find(x) != string::npos ? m = v2.find(x) : -1;   // m为-1则说明找不到该非终结符，出错
            v1.find(ch) != string::npos ? n = v1.find(ch) : -1; // n为-1则说明找不到该终结符，出错
            if(m == -1 || n == -1) { /*出错处理*/
                print();
                cout << "分析出错，错误非终结符为" << x << endl; /*输出出错非终结符*/
                return;
            }
            type nowType = C[m][n];/*用来接受C[m][n]*/
            if(nowType.origin != 'N') {/*判断是否为空*/
                print();
                cout << nowType.origin << "->" << nowType.array << endl; /*输出产生式*/
                for (int j = (nowType.length - 1); j >= 0; --j) /*产生式逆序入栈*/
                    analyeStack[++top] = nowType.array[j];
                if (analyeStack[top] == '^') /*为空则不进栈*/
                    top--;
            } else { /*出错处理*/
                print();
                cout << "分析出错，错误非终结符为" << x << endl; /*输出出错非终结符*/
                return;
            }
        }
    }
}
int main() {
    e.init('E', "TG"), t.init('T', "FS");
    g.init('G', "+TG"), g1.init('G', "^");
    s.init('S', "*FS"), s1.init('S', "^");
    f.init('F', "(E)"), f1.init('F', "i"); /* 结构体变量 */
    /*填充分析表*/
    C[0][0] = C[0][3] = e;
    C[1][1] = g; 
    C[1][4] = C[1][5] = g1;
    C[2][0] = C[2][3] = t;
    C[3][2] = s;
    C[3][4] = C[3][5] = C[3][1] = s1;
    C[4][0] = f1; C[4][3] = f;
    cout << "LL（1）分析程序分析程序，编制人：xxx xxx 计科xxxx班" << endl;
    cout << "提示:本程序只能对由'i','+','*','(',')'构成的以'#'结束的字符串进行分析，每行一个读入的字符串" << endl;
    cout << "读取的文件名为：" << ExpFileName << endl; 
    vector<string> exps = readFile(ExpFileName);
    int len = exps.size();
    for(int i = 0; i < len; i++) {
        string exp = exps[i];
        cout << "------------------待分析字符串" << i+1 << "："<< exp << "--------------------" << endl;
        bool flag = true;
        for(int j = 0; j < exp.length(); j++) {
            if(!isTerminator(exp[j])) {
                cout << "第"<< i+1 << "行输入的字符串不合法，请重新输入" << endl;
                flag = false;
                break;
            }
        }
        if(flag) {
            cout << "字符串" << i+1 << "：" << exp << endl;
            analyze(exp);
        }
    }
    return 0;
}