编译原理实验2(1)——自上而下语法分析_初等函数运算语言 语法分析

一、实验目的

1、为初等函数运算语言构造LL（1）语法分析器。

2、掌握LL（1）语法分析器的方法，加深对自上而下语法分析原理的理解。

3、掌握设计、编制并调试LL（1）语法分析程序的思想和方法。

二、实验内容

一、根据初等函数运算语言运算法则，将语法模式用上下文无关文法表达。（纸上作业）

1、注意运算的优先级问题，避免产生二义性文法。

二、将上述文法改写为LL(1)文法。（纸上作业）

三、根据LL（1）文法给出预测分析表。（纸上作业）

四、根据预测分析表，给出解析LL(1)文法的递归下降子程序或预测分析器程序。

五、本语法分析程序的输入是实验一生成的记号流；本程序需定义语法树的数据结构；语法分析的输出是一棵语法树。

六、当输入存在语法错误时，需给出语法错误的提示，指出语法错误发生的位置和错误类型。

三、上下文无关文法

四、LL(1)文法

 

五、FIRST集、FOLLOW集

First：

Follow：

六、预测分析表

七、实验结果 

程序运行结果如下：

（实验编写、运行平台为IDEA）

八、词法分析程序主要代码

源程序关键函数代码如下：

//主函数LL1入口
public class LL1 {
    //原始的产生式
    static ArrayList<String> expression;
    //语法器
    static Grammar grammar;
 
    public static void main(String []args) throws FileNotFoundException {
 
        grammar=new Grammar();
        expression=new ArrayList<>();
 
        //文件读入
        File file=new File("src/test2.txt");
        try(Scanner input=new Scanner(file)) {
            while (input.hasNextLine()){
                String line=input.nextLine();
                if (line.equals("")){//采用空一行这种方式，下一行就是测试用例
                    grammar.setTestEx(input.nextLine());
                    break;
                }else {
                    expression.add(line);
                }
            }
        }
 
        //消除左递归
        LeftRecursion leftRecursion=new LeftRecursion();
        leftRecursion.setExpression(expression);
        leftRecursion.work();
 
        //分别给语法器开始设置非终结符集、终结符集、文法开始符号、简化之后的产生式
        grammar.setNa(leftRecursion.getNa());
        grammar.setNt(leftRecursion.getNt());
        grammar.setStart(leftRecursion.getStart());
        grammar.setSimpleExpression(leftRecursion.getSimpleExpression());
 
        System.out.println();
        System.out.println("--------------------------------------------------");
        System.out.println("消除左递归");
        System.out.println();
 
        System.out.println("产生式");
        for(Map.Entry<Character, ArrayList<String>> entry : grammar.getSimpleExpression().entrySet()){
            for (String s:entry.getValue()){
                System.out.println(entry.getKey()+"->"+s);
            }
        }
 
        System.out.println("--------------------------------------------------");
        System.out.println("非终结符");
        for (Character na:grammar.getNa().keySet()){
            System.out.printf("%-10c",na);
        }
        System.out.println();
 
        System.out.println("--------------------------------------------------");
        System.out.println("终结符");
        for (Character nt:grammar.getNt().keySet()){
            System.out.printf("%-10c",nt);
        }
        System.out.println();
        System.out.println("--------------------------------------------------");
        System.out.println("读取测试用例");
        System.out.println(grammar.getTestEx());
 
 
 
        //开始构造FIRST集和FOLLOW集
        FirstAndFollow firstAndFollow=new FirstAndFollow(grammar);
        firstAndFollow.work();
        grammar.setFirst(firstAndFollow.getFirst());
        grammar.setFollow(firstAndFollow.getFollow());
 
        for (Character na:grammar.getNa().keySet()){
            String FirstSet=grammar.getFirst().get(na).toString().replace("[","");
            FirstSet=FirstSet.replace("]","");
            System.out.println("FIRST("+na+")={"+FirstSet+"}");
        }
        System.out.println("--------------------------------------------------");
        System.out.println("FOLLOW集");
        for (Character na:grammar.getNa().keySet()){
            String FollowSet=grammar.getFollow().get(na).toString().replace("[","");
            FollowSet=FollowSet.replace("]","");
            System.out.println("FOLLOW("+na+")={"+FollowSet+"}");
        }
 
        //构造预测分析表
        AnalyztTable analyzeTable=new AnalyztTable(grammar);
        analyzeTable.work();
        grammar.setAnalyzeTable(analyzeTable.getAnalyzeTable());
        System.out.println("--------------------------------------------------");
        System.out.println("预测分析表");
        System.out.printf("%-11s","");
        for (Character nt:grammar.getNt().keySet()){
            if (nt!='ε') {
                System.out.printf("%-10s", nt);
            }
        }
        System.out.println();
        for (Character na:grammar.getNa().keySet()){
            System.out.printf("%-10s",na);
            for (int i=1;i<=grammar.getNt().size();i++){
                if(grammar.getAnalyzeTable()[grammar.getNa().get(na)][i]!=null){
                    System.out.printf("%-10s",na+"->"+ grammar.getAnalyzeTable()[grammar.getNa().get(na)][i]);
                }else{
                    System.out.printf("%-10s","");
                }
            }
            System.out.println("");
        }
        System.out.println("--------------------------------------------------");
        System.out.println("预测分析步骤");
        System.out.println();
 
        //利用LL1开始测试测试用例
        LL1Stack stack=new LL1Stack(grammar);
        stack.work();
    }
}

九、实验心得

在实验中消除了左递归，提取了公共左因子，构造了LL（1）文法，通过学习和查阅资料，对语法分析有了一定的了解，熟悉了语法分析器的使用。能够根据First集和Follow集确定生成预测分析表，最后输出分析过程。在构造First集和Follow集的过程中需要有多个判断来应对不同情况的处理，在穷举所有可能后，再尽可能将操作相同的步骤划分为一类，这样大大减少了代码量和判断次数，但由于划分的方法不一定符和原始的处理逻辑，因此会导致代码的可读性降低。

在识别过程的编写中，对栈顶元素进行判断时，由于忽略了需要判断（当前的栈顶元素和，当前指向的输入串字符）是否存在于预测分析表中，导致程序运行到一半就出现键值对不存在的错误。后经对代码的分析和查找，已将该部分的内容改正完毕。另外，在对候选产生式进行倒序插入栈内的过程中也遇到了困难，通过查找相关的java语法，成功实现该操作。

通过本次的实验，我更进一步的理解了LL（1）语法分析的过程，并且能够完整的清楚整个分析过程，这让我对这部分的知识有了较好的掌握。