编译原理课程设计——语法分析器

Posted 2020-06-11

实验目的

　　了解掌握算符优先分析的基本方法、内容；学会科学思考并解决问题，提高程序设计能力。

实验内容与要求

　　用算符优先分析方法设计一个分析解释程序，对输入的赋值语句、输出语句、清除语句进行词法分析、语法分析、表达式求值并存储于指定变量中；若存在错误，提示错误相关信息。

文法表示　　

　　　　S -> v=E | E? | clear

　　　　E -> E+T | E–T | T

　　　　T -> T*F | T/F | F

　　　　F -> (E) | v | c

问题分析

　　由于要求用算符优先分析方法来进行程序的语法分析，所以我们要根据给出的文法来设计优先关系表。对每个非终结符，求出：

　　　　FIRSTVT(S) = { v , ? , clear }                 LASTVT(S) = { ? , clear }

　　　　FIRSTVT(F) = { ( , v , c }                       LASTVT(F) = { ) , v , c }

　　　　FIRSTVT(T) = {* , / , ( , v , c }               LASTVT(T) = {* , / , ) , v , c }

　　　　FIRSTVT(E) = {+ , - , * , / , ( , v , c}       LASTVT(E) = {+ , - , * , / , } , v , c}

　　符号的种别码如下表所示：

 　 

　　优先关系表如下：

       

先简要分析一下语法分析的大致流程：

         当有句子要进行处理时，首先要对其进行词法分析来分解出该句子中的每个符号，然后将该句子按照算符优先算法压入归约栈中，如果可以顺利归约，则说明这是一个合法的句子，否则该句子非法。

         这里有一个需要考虑的地方，就是如何进行归约。由于文法已经给定，所以我们考虑设计一个文法表，文法表中的内容就是可归约串的种别码的顺序，比如v=E可以表示为9,1,13。这样的话当我们要进行一次归约时，只用按顺序存储最左素短语中符号的种别码，然后拿这个种别码序列与文法表进行匹配，就可知道当前归约需要执行哪些操作。

         还有一点需要注意，就是如何对一个表达式进行求值。这里需要我们设计一个二元组的变量名表，这个变量名表可以根据变量的名称来返回变量的数据。变量名表的具体设计见详细设计部分。

         由于是简化分析，所以这个程序只考虑整数的处理。

         有了上面的分析，可以构造出算符优先分析算法的流程图，如下图所示。   

详细设计

（1）词法分析部分

　　由于词法分析的内容在课程设计1中已经介绍，并且这次的状态转换图与课程设计1中的非常相似，所以这里就不过多介绍。

（2）优先关系表

　　在程序中我们用一个二维数组priTable[][]来存储算符间的优先关系。priTable[a][b]=1表示a>b; 。priTable[a][b]=0表示a=b; 。priTable[a][b]=-1表示a<b;

（3）归约栈的设计

　　由于真正要设计一个栈来处理问题有些麻烦，所以这里可以用一个数组s[]来代替栈，如图2.1所示，i就代表栈顶指针，s[i]就代表栈顶的元素。归约栈中的结点，构造一个数据结构Node来表示，Node中有三个元素，算符的单词名str、算符的种别码type、算符的数值num。当我们词法分析来扫描出一个单词的时候，就可以填充Node结点的单词名、种别码和数值。

（4）归约过程

　　在问题分析中我们介绍到用文法表来进行归约，文法表graTable是一个二维数组，保存文法中算符的种别码。归约的时候，只要最左素短语的种别码匹配到文法表中的某一项，就可以按照那个归约操作来进行归约。归约的步骤参照流程图中的操作，设置栈顶指针，将栈顶结点的种别码设为非终结符，并且还要保存这一次归约产生的结果。举个例子，比如E->E+T 这次归约，E+T会产生一个结果，这个结果最终就保存在栈顶结点的数值域中。需要注意的是，Node结点中数值域的主要作用就是在归约中保存结果。

（5）变量名表

　　变量名表varTable的作用是根据变量名来返回该变量的数值，是一个二元组的序列，为了方便这里采用STL模板中的map来实现。变量名表的主要用处也就是在赋值语句和表达式求值当中，比如说当有赋值语句a=5需要归约时，检查变量a是否存在于变量名表中，如果不存在就将a和5添加至变量名表，如果a存在那么就可以更新变量名表中a的数值。并且在有F->v这样的归约中，如果查找到v不在变量名表中，说明v就是一个未赋值的变量，这样就产生异常。

输入与输出

　　程序的输出有：判断语法是否正确；输出表达式求值的结果；输出错误信息。

样例输入（输入来自文件in.txt）：

　　a = 5

　　b = a + 10

　　b?

　　b + a * a?

　　a = (a + b) * (b - a) + 5 + 4 / 2

　　a?

　　clear

　　ab =

样例输出（输出至文件out.txt）：

　　a = 5 为合法句子，执行成功

　　b = a + 10 为合法句子，执行成功

　　b? 为合法句子，执行成功

　　b 的值为 15

　　b + a * a? 为合法句子，执行成功

　　b + a * a 的值为 40

　　a = (a + b) * (b - a) + 5 + 4 / 2 为合法句子，执行成功

　　a? 为合法句子，执行成功

　　a 的值为 207

　　clear 为合法句子，执行成功

　　ab =  语句出现语法错误！

结语

　　寒假在家想尝试着做一个C语言的编译器，这几天在家里研究编译原理的龙书，顺带就把上学期编译原理的课程设计整理下发到BLOG上。

　　说实话龙书里面的内容挺难的，我学过编译原理的，但是还在在第二章就卡住了，所以说我们的课程知识还是学得很浅的。这段时间还是先把基础打的牢固些吧，研究龙书一段时间，然后考虑如何做这个编译器。过几天应该就要开始着手做了，到时候开发的文档和学到的一些新知识应该都会更新到BLOG上，也算是对自己的一种总结吧。