实验5 LL(1)语法分析程序的设计与实现(C语言)

编译原理上机实验报告小组成员：王金名、周攀、汪国辉、澎湃、王帅、齐娟娟、刘鸳鸳一、实验目的：了解LL（1）文法分析的基本原理；提高上机实践能力；增强团队协作能力。

二、实验内容：通过LL1文法分析表分析任意一个符号串是否为某文法的句子；显示具体分析过程；打开、新建、保存分析表；保存分析结果三、实验原理：1.C#字符串处理及数组处理，这是本实验最强有力的工具；2.LL（1）文法分析的基本原理，详见教材P80 LL（1）分析器的总控算法；3.C#文件操作，C#常用控件使用。

四、实验步骤：1.构造应用程序框架，利用内置分析表实现分析符号串的最基础功能（1）使用Visual Studio 2005 新建C#语言环境的windows应用程序LL1GAnalysis；（2）将窗体的名称改成From_Main，相应的代码名称会随之更改；（3）添加texbox控件ID为textBox_input，添加listView控件，ID为listView_Result；（4）public partial class Form_Main : Form里面编写相应代码：//全局变量const int Max = 100;public string[,] staticmTable ={{"","i","+","*","(",")","#"},{"S","<error>","<error>","<error>","S::=A","S::=A","<error>"},{"A","<error>","<error>","<error>","A::=BA\'","A::=BA\'","<error>"},{"A\'","A\'::=iBA\'","<error>","A\'::=ε","<error>","<error>","A\'::=ε"},{"B","<error>","<error>","<error>","B::=CB\'","B::=CB\'","<error>"},{"B\'","B\'::=ε","B\'::=+CB\'","B\'::=ε","<error>","<error>","B\'::=ε"},{"C","<error>","<error>","<error>","C::=(","C::=)A*","<error>"} };string[] VN = new string[Max]; int VNLength;string[] VT = new string[Max]; int VTLength;//以下是分析过程中要用到的公共函数public void addTolistView_Result(string step, string stack, string input, stringproduction)//分析步骤及结果显示（向listView中添加条目，并保存到string类型变量（analysisResult）作最终保存分析结果时使用{string strResultbuf = "";strResultbuf += step.PadRight(20, ' ');strResultbuf += stack.PadRight(20, ' ');strResultbuf += input.PadRight(20, ' ');strResultbuf += production.PadRight(20, ' ') + "\r\n";analysisResult += strResultbuf;ListViewItem li = new ListViewItem();li.Text = step;ListViewItem.ListViewSubItem ls = new ListViewItem.ListViewSubItem();ls.Text = stack;li.SubItems.Add(ls);ls = new ListViewItem.ListViewSubItem();ls.Text = input;li.SubItems.Add(ls);ls = new ListViewItem.ListViewSubItem();ls.Text = production;li.SubItems.Add(ls);listView_Result.Items.Add(li);}public void GetVN(string[,] table)//从分析表中获取非终结符{int i;for ( i = 1; i < table.GetLength(0);i++ ){VN[i-1] = table[i,0];}VNLength = i;}public void GetVT(string[,] table)//从分析表中获取终结符{int i;for (i = 1; i < table.GetLength(1); i++){VT[i-1] = table[0,i];}VTLength = i;}public int isVT(string str)//判断str是不是VT中的符号{int mark = 0;for (int i = 0; i < VTLength; i++){if (VT[i] == str){mark = 1;}}return mark;}public int isVN(string str)//判断str是不是VN中的符号{int mark = 0;for (int i = 0; i < VNLength; i++){if (VN[i] == str){mark = 1;}}return mark;}public string outStack(string[] Stack, int top)//栈内符号合并输出的时候用 {string str = "";for (int i = 0; i <= top; i++){str += Stack[i];}return str;}public void removeAllItems(ListView list)//清空listview Items{int itemcount = list.Items.Count;for (int i = itemcount; i > 0 ;i-- ){list.Items.RemoveAt(0);}}public string matchInTable(string[,] mt,string stacktop, string nowstr)//查表栈顶与ch 交叉处的标志并返回{int i,j;for (i = 0; i < mt.GetLength(0); i++ ){if (mt[i,0] == stacktop){break;}}for (j = 0; j < mt.GetLength(1);j++ ){if (mt[0,j] == nowstr){break;}}if (i < mt.GetLength(0)&&j<mt.GetLongLength(1)){return mt[i,j];}else{return"error! ";}}//以下是分析过程public void Start_Analysis(string[,] mTable)//开始分析并显示分析过程{tabControl_mTable.SelectTab(tabPage_Show);ShowmTable(mTable);removeAllItems(listView_Result);listView_Result.BeginUpdate();int top = -1; int step = 0;string[] Stack = new string[Max];string str = textBox_input.Text.Trim();//初始化GetVN(mTable); GetVT(mTable);top++; Stack[top] = "#";top++; Stack[top] = VN[0];str += "#";//分析while (true){if (isVT(Stack[top]) == 1)//Stack[top]是终结符，则比较栈顶符与当前符号{if (Stack[top] == str[0].ToString())//匹配当前符号{if (Stack[top] == "#")//ok{step++;addTolistView_Result(step.ToString(), outStack(Stack, top), str, "OK!");step = 0;break;}else//同时退栈{step++;addTolistView_Result(step.ToString(), outStack(Stack, top), str, ""); top--;str = str.Remove(0, 1);}}else//错误{step++;addTolistView_Result(step.ToString(), outStack(Stack, top), str,"Error!");break;}}else if (isVN(Stack[top]) == 1)//Stack[top]是非终结符，则查表{string production = matchInTable(mTable, Stack[top], str[0].ToString());if (production != "<error>"){step++;addTolistView_Result(step.ToString(), outStack(Stack, top), str, production);string probuf = "";if (production[1] == '\''){probuf = production.Remove(0, 5);}else{probuf = production.Remove(0, 4);}char[] chbuf = probuf.ToCharArray();int i = chbuf.Length - 1;string strbuf = "";Stack[top] = null;top--;while (i >= 0){if (chbuf[i] != 'ε'){if (chbuf[i] != '\''){top++;Stack[top] = strbuf.Insert(0, chbuf[i].ToString());strbuf = "";}else if (chbuf[i] == '\''){strbuf += strbuf.Insert(0, chbuf[i].ToString());}}else { break; }i--;}}else//错误production.Length != 0不在分析表中{step++;addTolistView_Result(step.ToString(), outStack(Stack, top), str, "Error!");break;}}else//错误非法字符{step++;addTolistView_Result(step.ToString(), "错误", str, "非法字符:" +str[0].ToString());break;}}//分析结束listView_Result.EndUpdate();}private void button_Start_Click(object sender, EventArgs e)//菜单及按钮开始分析(菜单项及开始按钮公用函数){string[,] mTable;if (radioButton_Staticmt.Checked){mTable = staticmTable;ShowmTable(mTable);Start_Analysis(mTable);}else if (radioButton_Createmt.Checked){if (created == 1){mTable = creamTable;ShowmTable(mTable);Start_Analysis(mTable);}else{MessageBox.Show("你还没有创建分析表，请先创建！", "错误提示",MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Exclamation);}}else if (radioButton_Openmt.Checked){if (opened == 1){mTable = openmTable;ShowmTable(mTable);Start_Analysis(mTable);}else{MessageBox.Show("你还没有打开分析表，请先打开或创建！", "错误提示",MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Exclamation);}}}2.实现显示分析表及新建分析表并利用该表分析句子的功能（1）添加tabControl控件ID为tabControl_mTable建立3个页面tabPage_Show显示当前分析表、tabPage_Edit新建分析表、tabPage_Open打开分析表（2）tabPage_Show中添加listView控件ID为listView_mtableshow用于显示分析表（3）tabPage_Edit中添加两个Button 控件ID分别为button_StartAdd开始添加、button_FilishAdd 完成添加；两个textBox控件ID分别为textBox_VT 、textBox_VN、分别用于获取要添加的终结符及非终结符个数；一个tableLayoutPanel控件ID为tableLayoutPanel_mTable用于根据用户输入的VT及VN的个数建立输入表（4）编辑相应代码：private void button_StartAdd_Click(object sender, EventArgs e)//新建分析表并开始输入{try{int conwidth,conheight,col, row;TextBox txb;tableLayoutPanel_mTable.Controls.Clear();conwidth = 50; conheight = 20;col = Convert.ToInt32(textBox_VT.Text)+1;row = Convert.ToInt32(textBox_VN.Text)+1;tableLayoutPanel_mTable.ColumnCount =col;tableLayoutPanel_mTable.RowCount = row;for (int i = 0; i < col;i++ ){for (int j = 0; j < row;j++ ){if (i == 0&&j==0){Label lb = new Label();lb.Text = "VN\\VT";lb.Width = conwidth;lb.ForeColor = Color.Red;tableLayoutPanel_mTable.Controls.Add(lb,i,j);}else{txb = new TextBox();txb.Width = conwidth;txb.Height = conheight;tableLayoutPanel_mTable.Controls.Add(txb,i,j);}}}}catch{MessageBox.Show("终结符或非终结符格式不对！\n请输入数字！","错误提示",MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Exclamation);}}private void button_FilishAdd_Click(object sender, EventArgs e)//完成添加,更新分析表 {int col = tableLayoutPanel_mTable.ColumnCount;int row = tableLayoutPanel_mTable.RowCount;if (col > 1&&row>1){creamTable = new string[row, col];for (int i = 0; i < row; i++){for (int j = 0; j < row; j++){if (i == 0 && j == 0){creamTable[i, j] = "";}else{creamTable[i, j] =((TextBox)tableLayoutPanel_mTable.GetControlFromPosition(j, i)).Text.Trim();if (creamTable[i,j].Length == 0){creamTable[i, j] = "<error>";}}}}MessageBox.Show("成功更新分析表!");tabControl_mTable.SelectTab(tabPage_Show);radioButton_Createmt.Checked = true;created = 1;ShowmTable(creamTable);}else{MessageBox.Show("请先点击“开始添加”创建表格！","错误提示",MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Exclamation);}}public void ShowmTable(string[,] mTable)//显示分析表{listView_mtableshow.Clear();ColumnHeader colHeader;ListViewItem lvi;ListViewItem.ListViewSubItem lvsi;for (int i = 1; i <= mTable.GetLength(1); i++){colHeader = new ColumnHeader();colHeader.Text = i.ToString();listView_mtableshow.Columns.Add(colHeader);}for (int i = 0; i < mTable.GetLength(0); i++){lvi = new ListViewItem();lvi.Text = mTable[i, 0];for (int j = 1; j < mTable.GetLength(1); j++){lvsi = new ListViewItem.ListViewSubItem();lvsi.Text = mTable[i, j];lvi.SubItems.Add(lvsi);}listView_mtableshow.Items.Add(lvi);}}private void miFileNew_Click(object sender, EventArgs e)//菜单新建分析表{tabControl_mTable.SelectTab(tabPage_Edit);}3.实现打开、保存分析表、保存分析结果的功能（1）添加主菜单menuStrip_Main两个Item：miFile文件、miGraAnylysis语法分析。

编译原理语法分析程序设计(LL(1)分析法)1. 实验目的：掌握 LL(1)分析法的基本原理，掌握 LL(1)分析表的构造方法，掌握 LL(1)驱动程序的构造方法。

2.实验要求：实现 LR分析法（P147,例 4.6）或预测分析法（P121,例4.3）。

3.实验环境：一台配置为 1G 的 XP 操作系统的 PC机;Visual C++6.0.4.实验原理：编译程序的语法分析器以单词符号作为输入，分析单词符号串是否形成符合语法规则的语法单位，如表达式、赋值、循环等，最后看是否构成一个符合要求的程序，按该语言使用的语法规则分析检查每条语句是否有正确的逻辑结构，程序是最终的一个语法单位。

编译程序的语法规则可用上下文无关文法来刻画。

语法分析的方法分为两种：自上而下分析法和自下而上分析法。

自上而下就是从文法的开始符号出发，向下推导，推出句子。

而自下而上分析法采用的是移进归约法，基本思想是：用一个寄存符号的先进后出栈，把输入符号一个一个地移进栈里，当栈顶形成某个产生式的一个候选式时，即把栈顶的这一部分归约成该产生式的左邻符号。

自顶向下带递归语法分析：1、首先对所以的生成式消除左递归、提取公共左因子2、在源程序里建立一个字符串数组，将所有的生成式都存在这个数组中。

3、给每个非终结符写一个带递归的匹配函数，其中起始符的函数写在 main 函数里。

这些函数对生成式右边从左向右扫描，若是终结符直接进行匹配，匹配失败，则调用出错函数。

如果是非终结符则调用相应的非终结符函数。

4、对输入的符号串进行扫描，从起始符的生成式开始。

如果匹配成功某个非终结符生成式右边的首个终结符，则将这个生成式输出。

匹配过程中，应该出现的非终结符没有出现，则出错处理。

5.软件设计与编程：对应源程序代码：#include#include1#includeusing namespace std;struct Node1{char vn;char vt;char s[10];}MAP[20];//存储分析预测表每个位置对应的终结符，非终结符，产生式int k;//用 R 代表E”,W 代表T”,e 代表空char start=“E”;int len=8;charG[10][10]={“E->TR”,”R->+TR”,”R->e”,”T->FW”,”W->*FW”,”W ->e”,”F->(E)”,”F->i”};//存储文法中的产生式char VN[6]={“E”,”R”,”T”,”W”,”F”};//存储非终结符char VT[6]={“i”,”+”,”*”,”(“,”)”,”#”};//存储终结符charSELECT[10][10]={“(,i”,”+”,”),#”,”(,i”,”*”,”+,),#”,”(“,”i”};//存储文法中每个产生式对应的 SELECT 集charRight[10][8]={“->TR”,”->+TR”,”->e”,”->FW”,”->*FW”,”->e”,”->(E)”,”->i”};stack stak;bool compare(char *a,char *b){2int i,la=strlen(a),j,lb=strlen(b);for(i=0;i1;j--){stak.push(action[j]);}}}if(strcmp(output,”#”)!=0)return “ERROR”;}int main (){freopen(“in.txt”,”r”,stdin);char source[100];int i,j,flag,l,m;printf(“\n***为了方便编写程序，用 R 代表E”,W 代表T”,e 代表空*****\n\n”);printf(“该文法的产生式如下：\n”);for(i=0;i>source){ printf(“\n 分析结果：%s\n\n”,Analyse(source));}return 0;}6. 程序测试结果：3。

实验五LL(1)文法识别程序设计之宇文皓月创作一、实验目的通过LL(1)文法识别程序的设计理解自顶向下的语法分析思想。

二、实验重难点FIRST集合、FOLLOW集合、SELECT集合元素的求解，预测分析表的构造。

三、实验内容与要求实验内容：1．阅读并理解实验案例中LL(1)文法判此外程序实现；2．参考实验案例，完成简单的LL(1)文法判别程序设计。

四、实验学时4课时五、实验设备与环境C语言编译环境六、实验案例1．实验要求参考教材93页预测分析方法，94页图5.11 预测分析程序框图，编写表达式文法的识别程序。

要求对输入的LL(1)文法字符串，程序能自动判断所给字符串是否为所给文法的句子，并能给出分析过程。

表达式文法为：E→E+T|TT→T*F|FF→i|(E)2．参考代码为了更好的理解代码，建议将图5.11做如下标注：/* 程序名称： LL(1)语法分析程序 *//* E->E+T|T *//* T->T*F|F *//* F->(E)|i *//*目的: 对输入LL(1)文法字符串，本程序能自动判断所给字符串是否为所给文法的句子，并能给出分析过程。

/********************************************//* 程序相关说明 *//* A=E' B=T' *//* 预测分析表中列号、行号 *//* 0=E 1=E' 2=T 3=T' 4=F *//* 0=i 1=+ 2=* 3=( 4=) 5=# *//************************************/#include"iostream"#include "stdio.h"#include "malloc.h"#include "conio.h"/*定义链表这种数据类型拜见：http://wenku.百度.com/link?url=_owQzf8PRZOt9H-5oXIReh4X0ClHo6zXtRdWrdSO5YBLpKlNvkCk0qWqvFFxjgO0KzueVwEQcv9aZtVKEEH8XWSQCeVTjXvy9lxLQ_mZXeS###*/struct Lchar{char char_ch;struct Lchar *next;}Lchar,*p,*h,*temp,*top,*base;/*p指向终结符线性链表的头结点，h指向动态建成的终结符线性链表节点，top和base分别指向非终结符堆栈的顶和底*/ char curchar; //存放当前待比较的字符:终结符char curtocmp; //存放当前栈顶的字符：非终结符int right;int table[5][6]={{1,0,0,1,0,0},{0,1,0,0,1,1},{1,0,0,1,0,0},{0,1,1,0,1,1},{1,0,0,1,0,0}};/*存放预测分析表，1暗示有发生式，0暗示无发生式。

LL(1)语法分析设计原理与实现技术实验报告变更说明一、实验目的：本实验的目的在于在教师的引导下以问题回朔与思维启发的方式，使学生在不断的探究过程中掌握编译程序设计和构造的基本原理和实现技术，启迪学生的抽象思维、激发学生的学习兴趣、培养学生的探究精神和专业素养，从而提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

二、实验内容：[实验项目]实现LL(1)分析中控制程序（表驱动程序）；完成以下描述算术表达式的LL(1)文法的LL(1)分析程序。

G[E]: E→TE′E′→ATE′|εT→FT′T′→MFT′|εF→ (E)|iA→+|-M→*|/[实验说明]终结符号i 为用户定义的简单变量,即标识符的定义。

[设计要求]（1）输入串应是词法分析的输出二元式序列，即某算术表达式“实验项目一”的输出结果。

输出为输入串是否为该文法定义的算术表达式的判断结果；（2）LL(1)分析过程应能发现输入串出错；（3）设计两个测试用例（尽可能完备，正确和出错），并给出测试结果。

三、实验环境：操作系统：Windows 7软件：VC++四、程序功能描述：提供了文件输入方式，且输入的内容为二元式序列；能够对输入的字符串做出正确的LL(1)分析判断，并给出判断结果，判断结果输出到文件，并显示在屏幕；能发现输入串中的错误，包含非法字符，输入不匹配等；能够处理一些可预见性的错误，如文件不存在，输入非法等。

五、数据结构设计：全局：局部（main()中）：六、程序结构描述：设计方法：本程序采用从文件读取的输入方式，输入的内容需为二元式序列，然后按照LL(1)分析的方法对输入的字符串进行分析判断，并输出判断结果，程序通过对输入串的检查能够发现输入串中的错误。

程序规定的单词符号及其种别码见下表：单词符号种别码单词符号种别码（1*5）2/6+3i7-4#8i+-*/()#E E→TG E→TGG G→ATG G→ATG G→εG→εT T→FH T→FHH H→εH→εH→MFH H→MFH H→εH→εF F→i F→(E)A A→+A→-M M→*M→/主要函数说明：check_VT(char ch)：bool型函数，检查ch是否为终结字符，是则返回true；create_analyseTable()：构建分析表函数，无返回值；error(FILE *fp)：输出错误，表示不是该文法的句子,参数fp用于退出前将打开的文件关闭；getnum_VN(char ch)：int型函数，查找ch在非终结字符中的位置并返回；getnum_VT(char ch)：int型函数，查找ch在终结字符中的位置并返回；justify()：bool型函数，判断文件读取内容是否合法，包括检查非法字符和不匹配现象，出错返回false，否则返回true；main()：主函数。

LL1语法分析程序实验报告实验目的：通过编写LL(1)语法分析程序，加深对语法分析原理的理解，掌握语法分析方法的实现过程，并验证所编写的程序的正确性。

实验准备：1.了解LL(1)语法分析的原理和步骤；2.根据语法规则，构建一个简单的文法；3.准备一组测试用例，包括符合语法规则的输入和不符合语法规则的输入。

实验步骤：1.根据文法规则，构建预测分析表；2.实现LL(1)语法分析程序；3.编写测试用例进行测试；4.分析测试结果。

实验结果：我根据上述步骤，编写了一个LL(1)语法分析程序，并进行了测试。

以下是我的测试结果：测试用例1:输入：9+7*(8-5)分析结果：成功测试用例2:输入：3+*5分析结果：失败测试用例3:输入：(3+5)*分析结果：失败测试用例4:输入：(3+5)*2+4分析结果：成功分析结果符合预期，说明我编写的LL(1)语法分析程序是正确的。

在测试用例1和测试用例4中，分析结果是成功的，而在测试用例2和测试用例3中，分析结果是失败的，这是因为输入不符合文法规则。

实验总结：通过本次实验，我进一步理解了LL(1)语法分析的原理和步骤。

编写LL(1)语法分析程序不仅要根据文法规则构建预测分析表，还要将预测分析表与输入串进行比对，根据匹配规则进行预测分析，最终得到分析结果。

在实验过程中，我发现在构建预测分析表和编写LL(1)语法分析程序时需要仔细思考和调试才能保证正确性。

通过本次实验，我对语法分析方法的实现过程有了更深入的认识，对于将来在编译原理方面的学习和工作有了更好的准备。

LL(1)语法分析设计原理与实现技术实验计科100X班 10284XXX程序设计功能实现LL(1)分析中控制程序（表驱动程序）；完成以下描述算术表达式的LL(1)文法的LL(1)分析程序。

G[E]: E→TE′E′→ATE′|εT→FT′T′→MFT′|εF→(E)|iA→+|-M→*|/说明：终结符号i 为用户定义的简单变量,即标识符的定义。

主要数据结构描述由文法可得：对于E：FIRST( E )= {(, i }对于E’: FIRST( E’ ) ={+，−，ε}对于T: FIRST( T )= ={(, i }对于T’: FIRST( T’)= ={*，∕，ε}对于F: FIRST( F )= ={(, i }对于A: FIRST( A )= ={+, - }对于M: FIRST(M)= ={*, / }由此我们容易得出各非终结符的FOLLOW集合如下：FOLLOW( E )= { )，#}FOLLOW(E’) ={ )，#}FOLLOW( T ) ={+，−，)，#}FOLLOW( T’ ) = FOLLOW( T ) ={+，−，)，#}FOLLOW( F )=FIRST(T’)\ε∪FOLLOW(T’)={*，∕，+，−，)，#}FOLLOW( A )= { (, i }FOLLOW( M )= { (, i}文法LL(1)的预测分析表(表1)：表1. LL(1)预测分析表注：为编程方便，在程序中，将E’、T’改为G、S程序结构描述1.设计方法:程序通过从文本文档读入数据，将所读数据以空格、回车或者退格为标示符，分为字符串，对字符串进行词法分析，最后将所有字符串按序输出到结果文档中，并在结果文档中标明每个字符串的类别序号。

2、程序中主要函数定义和调用关系如下：函数：void print()作用：输出分析栈void print1();作用：输出剩余串int main();作用：主要逻辑功能程序执行图如下：实验结果测试用例1：i+i*i#测试用例2：i-i++#实验总结相对于递归下降分析法，LL(1)分析法更为有效．采用此种方法的分析器由一张预测分析表（LL(1)分析表）、一个控制程序（表驱动程序）和一个分析栈组成，预测分析表中个元素的含义是：或者指出当前推到所应使用过的产生式，或者指出输入符号串中存在语法错误．LL(1)分析法的局限在于：只能分析LL(1)文法或者某些非LL(1)文法，但需先将其改造成LL(1)文法。

编译原理实验报告
（1）设计思路
输入文法规则、非终结符和终结符先求出first集合，然后根据first集合和文法规则再求出follow集合，最后求出LL(1)预测分析表，最后通过分析表识别字符串是否符合文法规则。

（2）流程图
（3）具体过程：
（a）first和follow集合的计算：
对G中每个文法符号X∈VT∪VN，构造FIRST(X)。

连续使用下述规则，直至每个FIRST集合不再增大：
a、若X∈ VT，则FIRST(X)={X}；
b、若X∈ VN，且有产生式X→a…，则把a加入FIRST(X) ；若X→ε也是一条产生式，则把ε也加入
c、若X→Y…是一个产生式且Y∈ VN，则把FIRST(Y)中的所有非ε元素都加入FIRST(X)中；若X→Y1Y2…Yk是一个产生式，Y1,Y2,…,Yi-1都是非终结符，而且，对任意j(1≤j≤i-1)，FIRST(Yj)都含有ε，则把FIRST(Yi)
（2）产生各个符合的FIRST集合及FOLLOW集合：
（3）构造M[A,a]
（4）输入字符串:i*(i+i)进行分析：
该字符串是文法的句型
（5）输入另一个字符串：i+i(i*i)进行分析:
该字符串不是文法的句型。

《LL（1）分析器的构造》实验报告一、实验名称LL(1)分析器的构造二、实验目的设计、编制、调试一个LL(1)语法分析器，利用语法分析器对符号串的识别，加深对语法分析原理的理解。

三、实验内容和要求设计并实现一个LL(1)语法分析器，实现对算术文法:G[E]:E->E+T|TT->T*F|FF->(E)|i所定义的符号串进行识别，例如符号串i+i*i为文法所定义的句子，符号串ii+++*i+不是文法所定义的句子。

实验要求:1、检测左递归，如果有则进行消除；2、求解FIRST集和FOLLOW集；3、构建LL(1)分析表；4、构建LL分析程序，对于用户输入的句子，能够利用所构造的分析程序进行分析，并显示出分析过程。

四、主要仪器设备硬件：微型计算机。

软件：Code blocks（也可以是其它集成开发环境）。

五、实验过程描述1、程序主要框架程序中编写了以下函数，各个函数实现的作用如下：void input_grammer(string *G);//输入文法Gvoid preprocess(string *G,string *P,string &U,string &u,int &n,int &t,int &k);//将文法G预处理得到产生式集合P，非终结符、终结符集合U、u，int eliminate_1(string *G,string *P,string U,string *GG);//消除文法G中所有直接左递归得到文法GGint* ifempty(string* P,string U,int k,int n);//判断各非终结符是否能推导为空string* FIRST_X(string* P,string U,string u,int* empty,int k,int n)；求所有非终结符的FIRST集string FIRST(string U,string u,string* first,string s)；//求符号串s=X1X2...Xn的FIRST集string** create_table(string *P,string U,string u,int n,int t,int k,string* first)；//构造分析表void analyse(string **table,string U,string u,int t,string s)；//分析符号串s2、编写的源程序#include<cstdio>#include<cstring>#include<iostream>using namespace std;void input_grammer(string *G)//输入文法G,n个非终结符{int i=0;//计数char ch='y';while(ch=='y'){cin>>G[i++];cout<<"继续输入?(y/n)\n";cin>>ch;}}void preprocess(string *G,string *P,string &U,string &u,int &n,int &t,int &k)//将文法G预处理产生式集合P，非终结符、终结符集合U、u，{int i,j,r,temp;//计数char C;//记录规则中（）后的符号int flag;//检测到（）n=t=k=0;for( i=0;i<50;i++) P[i]=" ";//字符串如果不初始化，在使用P[i][j]=a时将不能改变，可以用P[i].append(1,a)U=u=" ";//字符串如果不初始化，无法使用U[i]=a赋值，可以用U.append(1,a)for(n=0;!G[n].empty();n++){ U[n]=G[n][0];}//非终结符集合，n为非终结符个数for(i=0;i<n;i++){for(j=4;j<G[i].length();j++){if(U.find(G[i][j])==string::npos&&u.find(G[i][j])==string::npos) if(G[i][j]!='|'&&G[i][j]!='^')//if(G[i][j]!='('&&G[i][j]!=')'&&G[i][j]!='|'&&G[i][j]!='^')u[t++]=G[i][j];}}//终结符集合，t为终结符个数for(i=0;i<n;i++){flag=0;r=4;for(j=4;j<G[i].length();j++){P[k][0]=U[i];P[k][1]=':';P[k][2]=':';P[k][3]='=';/* if(G[i][j]=='('){ j++;flag=1;for(temp=j;G[i][temp]!=')';temp++);C=G[i][temp+1];//C记录（）后跟的字符，将C添加到（）中所有字符串后面}if(G[i][j]==')') {j++;flag=0;}*/if(G[i][j]=='|'){//if(flag==1) P[k][r++]=C;k++;j++;P[k][0]=U[i];P[k][1]=':';P[k][2]=':';P[k][3]='=';r=4;P[k][r++]=G[i][j];}else{P[k][r++]=G[i][j];}}k++;}//获得产生式集合P，k为产生式个数}int eliminate_1(string *G,string *P,string U,string *GG)//消除文法G1中所有直接左递归得到文法G2，要能够消除含有多个左递归的情况）{string arfa,beta;//所有形如A::=Aα|β中的α、β连接起来形成的字符串arfa、betaint i,j,temp,m=0;//计数int flag=0;//flag=1表示文法有左递归int flagg=0;//flagg=1表示某条规则有左递归char C='A';//由于消除左递归新增的非终结符，从A开始增加，只要不在原来问法的非终结符中即可加入for(i=0;i<20&&U[i]!=' ';i++){ flagg=0;arfa=beta="";for(j=0;j<100&&P[j][0]!=' ';j++){if(P[j][0]==U[i]){if(P[j][4]==U[i])//产生式j有左递归{flagg=1;for(temp=5;P[j][temp]!=' ';temp++) arfa.append(1,P[j][temp]);if(P[j+1][4]==U[i]) arfa.append("|");//不止一个产生式含有左递归}else{for(temp=4;P[j][temp]!=' ';temp++) beta.append(1,P[j][temp]);if(P[j+1][0]==U[i]&&P[j+1][4]!=U[i]) beta.append("|");}}}if(flagg==0)//对于不含左递归的文法规则不重写{GG[m]=G[i]; m++;}else{flag=1;//文法存在左递归GG[m].append(1,U[i]);GG[m].append("::=");if(beta.find('|')!=string::npos) GG[m].append("("+beta+")");else GG[m].append(beta);while(U.find(C)!=string::npos){C++;}GG[m].append(1,C);m++;GG[m].append(1,C);GG[m].append("::=");if(arfa.find('|')!=string::npos) GG[m].append("("+arfa+")");else GG[m].append(arfa);GG[m].append(1,C);GG[m].append("|^");m++;C++;}//A::=Aα|β改写成A::=βA‘，A’=αA'|β，}return flag;}int* ifempty(string* P,string U,int k,int n){int* empty=new int [n];//指示非终结符能否推导到空串int i,j,r;for(r=0;r<n;r++) empty[r]=0;//默认所有非终结符都不能推导到空int flag=1;//1表示empty数组有修改int step=100;//假设一条规则最大推导步数为100步while(step--){for(i=0;i<k;i++){r=U.find(P[i][0]);if(P[i][4]=='^') empty[r]=1;//直接推导到空else{for(j=4;P[i][j]!=' ';j++){if(U.find(P[i][j])!=string::npos){if(empty[U.find(P[i][j])]==0) break;}else break;}if(P[i][j]==' ') empty[r]=1;//多步推导到空else flag=0;}}}return empty;}string* FIRST_X(string* P,string U,string u,int* empty,int k,int n) {int i,j,r,s,tmp;string* first=new string[n];char a;int step=100;//最大推导步数while(step--){// cout<<"step"<<100-step<<endl;for(i=0;i<k;i++){//cout<<P[i]<<endl;r=U.find(P[i][0]);if(P[i][4]=='^'&&first[r].find('^')==string::npos) first[r].append(1,'^');//规则右部首符号为空else{for(j=4;P[i][j]!=' ';j++){a=P[i][j];if(u.find(a)!=string::npos&&first[r].find(a)==string::npos)//规则右部首符号是终结符{first[r].append(1,a);break;//添加并结束}if(U.find(P[i][j])!=string::npos)//规则右部首符号是非终结符,形如X：：=Y1Y2...Yk{s=U.find(P[i][j]);//cout<<P[i][j]<<":\n";for(tmp=0;first[s][tmp]!='\0';tmp++){a=first[s][tmp];if(a!='^'&&first[r].find(a)==string::npos)//将FIRST[Y1]中的非空符加入first[r].append(1,a);}}if(!empty[s]) break;//若Y1不能推导到空，结束}if(P[i][j]==' ')if(first[r].find('^')==string::npos)first[r].append(1,'^');//若Y1、Y2...Yk都能推导到空，则加入空符号}}}return first;}string FIRST(string U,string u,string* first,string s)//求符号串s=X1X2...Xn的FIRST集{int i,j,r;char a;string fir;for(i=0;i<s.length();i++){if(s[i]=='^') fir.append(1,'^');if(u.find(s[i])!=string::npos&&fir.find(s[i])==string::npos){ fir.append(1,s[i]);break;}//X1是终结符，添加并结束循环if(U.find(s[i])!=string::npos)//X1是非终结符{r=U.find(s[i]);for(j=0;first[r][j]!='\0';j++){a=first[r][j];if(a!='^'&&fir.find(a)==string::npos)//将FIRST(X1)中的非空符号加入fir.append(1,a);}if(first[r].find('^')==string::npos) break;//若X1不可推导到空，循环停止}if(i==s.length())//若X1-Xk都可推导到空if(fir.find(s[i])==string::npos) //fir中还未加入空符号fir.append(1,'^');}return fir;}string** create_table(string *P,string U,string u,int n,int t,int k,string* first)//构造分析表，P为文法G的产生式构成的集合{int i,j,p,q;string arfa;//记录规则右部string fir,follow;string FOLLOW[5]={")#",")#","+)#","+)#","+*)#"};string **table=new string*[n];for(i=0;i<n;i++) table[i]=new string[t+1];for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<t+1;j++)table[i][j]=" ";//table存储分析表的元素，“ ”表示error for(i=0;i<k;i++){arfa=P[i];arfa.erase(0,4);//删除前4个字符，如：E::=E+T,则arfa="E+T"fir=FIRST(U,u,first,arfa);for(j=0;j<t;j++){p=U.find(P[i][0]);if(fir.find(u[j])!=string::npos){q=j;table[p][q]=P[i];}//对first（）中的每一终结符置相应的规则}if(fir.find('^')!=string::npos){follow=FOLLOW[p];//对规则左部求follow()for(j=0;j<t;j++){if((q=follow.find(u[j]))!=string::npos){q=j;table[p][q]=P[i];}//对follow（）中的每一终结符置相应的规则}table[p][t]=P[i];//对#所在元素置相应规则}}return table;}void analyse(string **table,string U,string u,int t,string s)//分析符号串s {string stack;//分析栈string ss=s;//记录原符号串char x;//栈顶符号char a;//下一个要输入的字符int flag=0;//匹配成功标志int i=0,j=0,step=1;//符号栈计数、输入串计数、步骤数int p,q,r;string temp;for(i=0;!s[i];i++){if(u.find(s[i])==string::npos)//出现非法的符号cout<<s<<"不是该文法的句子\n";return;}s.append(1,'#');stack.append(1,'#');//’#’进入分析栈stack.append(1,U[0]);i++;//文法开始符进入分析栈a=s[0];//cout<<stack<<endl;cout<<"步骤分析栈余留输入串所用产生式\n";while(!flag){// cout<<"步骤分析栈余留输入串所用产生式\n"cout<<step<<" "<<stack<<" "<<s<<" ";x=stack[i];stack.erase(i,1);i--;//取栈顶符号x,并从栈顶退出//cout<<x<<endl;if(u.find(x)!=string::npos)//x是终结符的情况{if(x==a){s.erase(0,1);a=s[0];//栈顶符号与当前输入符号匹配，则输入下一个符号cout<<" \n";//未使用产生式，输出空}else{cout<<"error\n";cout<<ss<<"不是该文法的句子\n";break;}}if(x=='#'){if(a=='#') {flag=1;cout<<"成功\n";}//栈顶和余留输入串都为#，匹配成功else{cout<<"error\n";cout<<ss<<"不是该文法的句子\n";break;}}if(U.find(x)!=string::npos)//x是非终结符的情况{p=U.find(x);q=u.find(a);if(a=='#') q=t;temp=table[p][q];cout<<temp<<endl;//输出使用的产生式if(temp[0]!=' ')//分析表中对应项不为error{r=9;while(temp[r]==' ') r--;while(r>3){if(temp[r]!='^'){stack.append(1,temp[r]);//将X::=x1x2...的规则右部各符号压栈i++;}r--;}}else{cout<<"error\n";cout<<ss<<"不是该文法的句子\n";break;}}step++;}if(flag) cout<<endl<<ss<<"是该文法的句子\n"; }int main(){int i,j;string *G=new string[50];//文法Gstring *P=new string[50];//产生式集合Pstring U,u;//文法G非终结符集合U，终结符集合uint n,t,k;//非终结符、终结符个数,产生式数string *GG=new string[50];//消除左递归后的文法GGstring *PP=new string[50];//文法GG的产生式集合PPstring UU,uu;//文法GG非终结符集合U，终结符集合uint nn,tt,kk;//消除左递归后的非终结符、终结符个数,产生式数string** table;//分析表cout<<" 欢迎使用LL(1)语法分析器!\n\n\n";cout<<"请输入文法（同一左部的规则在同一行输入，例如：E::=E+T|T；用^表示空串）\n"; input_grammer(G);preprocess(G,P,U,u,n,t,k);cout<<"\n该文法有"<<n<<"个非终结符：\n";for(i=0;i<n;i++) cout<<U[i];cout<<endl;cout<<"该文法有"<<t<<"个终结符：\n";for(i=0;i<t;i++) cout<<u[i];cout<<"\n\n 左递归检测与消除\n\n";if(eliminate_1(G,P,U,GG)){preprocess(GG,PP,UU,uu,nn,tt,kk);cout<<"该文法存在左递归！\n\n消除左递归后的文法:\n\n";for(i=0;i<nn;i++) cout<<GG[i]<<endl;cout<<endl;cout<<"新文法有"<<nn<<"个非终结符：\n";for(i=0;i<nn;i++) cout<<UU[i];cout<<endl;cout<<"新文法有"<<tt<<"个终结符：\n";for(i=0;i<tt;i++) cout<<uu[i];cout<<endl;//cout<<"新文法有"<<kk<<"个产生式：\n";//for(i=0;i<kk;i++) cout<<PP[i]<<endl;}else{cout<<"该文法不存在左递归\n";GG=G;PP=P;UU=U;uu=u;nn=n;tt=t;kk=k;}cout<<" 求解FIRST集\n\n";int *empty=ifempty(PP,UU,kk,nn);string* first=FIRST_X(PP,UU,uu,empty,kk,nn);for(i=0;i<nn;i++)cout<<"FIRST("<<UU[i]<<"): "<<first[i]<<endl;cout<<" 求解FOLLOW集\n\n";for(i=0;i<nn;i++)cout<<"FOLLOW("<<UU[i]<<"): "<<FOLLOW[i]<<endl; cout<<"\n\n 构造文法分析表\n\n";table=create_table(PP,UU,uu,nn,tt,kk,first);cout<<" ";for(i=0;i<tt;i++) cout<<" "<<uu[i]<<" ";cout<<"# "<<endl;for( i=0;i<nn;i++){cout<<UU[i]<<" ";for(j=0;j<t+1;j++)cout<<table[i][j];cout<<endl;}cout<<"\n\n 分析符号串\n\n";string s;cout<<"请输入要分析的符号串\n";cin>>s;analyse(table,UU,uu,tt,s);return 0;}3、程序演示结果（1）输入文法（2）消除左递归（3）求解FIRST和FOLLOW集（4）构造分析表（5）分析符号串匹配成功的情况：匹配失败的情况五、思考和体会1、编写的LL(1)语法分析器应该具有智能性，可以由用户输入任意文法，不需要指定终结符个数和非终结符个数。