LR语法分析器

《编译原理》中LR(0)语法分析动态演示系统分析与设计1. 引言1.1 研究背景编译原理是计算机科学领域的重要基础课程，而LR(0)语法分析是编译原理中一个关键的内容。

LR(0)语法分析是一种自底向上的语法分析方法，能够准确地判断一个输入串是否是给定文法的句子，同时可以生成句子对应的语法树。

LR(0)语法分析比上下文无关文法分析更为强大，因此被广泛应用于编译器的设计和实现中。

对于学习者来说，理解和掌握LR(0)语法分析并不是一件容易的事情。

传统的教学方法往往是通过讲解和演示来进行，但存在一定的局限性，学生很难深入理解其中的逻辑和原理。

设计一个LR(0)语法分析动态演示系统是十分必要和有意义的。

这样的系统可以通过图形化的界面展示LR(0)语法分析的每个步骤和过程，帮助学生更直观地理解LR(0)语法分析的原理和实现。

1.2 研究目的研究目的是为了通过设计和实现一个LR(0)语法分析动态演示系统，帮助学生和从业者更好地理解和应用LR(0)语法分析算法。

具体来说，研究目的包括但不限于以下几点：通过分析LR(0)语法分析算法的原理和流程，深入探讨其在编译原理中的重要性和应用价值，为用户提供一个直观、动态的学习工具，帮助他们更好地理解和掌握这一算法的核心概念。

通过设计和实现一个功能齐全、易于操作的LR(0)语法分析动态演示系统，提供用户友好的界面和交互功能，使用户可以通过实际操作和观察，加深对LR(0)语法分析算法的认识，并在实践中掌握其使用方法和技巧。

通过系统测试和优化，不断改进系统性能和用户体验，确保系统稳定运行并具有良好的可用性和可靠性，为用户提供一个高质量的学习工具和应用工具。

通过这些努力，旨在提高用户对LR(0)语法分析算法的理解和应用能力，促进编译原理领域的教学和研究工作的发展。

1.3 研究意义编译原理是计算机专业的重要基础课程，而LR(0)语法分析是编译原理中一项重要的内容。

通过设计和实现一个LR(0)语法分析动态演示系统，可以帮助学生更加直观地理解和掌握LR(0)语法分析的原理和算法。

LR语法分析器的实现代码（python）•构造LR(0)项目集：–构造I的闭包CLOSURE(I)的算法如下：i.I的任何项目都属于CLOSURE(I)；ii.若A→α•Bβ属于CLOSURE(I)，对任何产生式B→γ，B→•γ也属于CLOSURE(I)；iii.重复执行上述两步骤直至CLOSURE(I)不再增大为止。

iv.实现代码如下def get_CLOSURE(tmp): # 生成闭包 CLOSURE = [] for it in tmp:if(it not in CLOSURE): CLOSURE.append(it) x, y = it.split(".") if(y == ""): continue v = y[0] if(v in VN): res = get_VN_gram(v) # 返回非终结符产生的A->.aBb形式 forre in res: if(re not in CLOSURE): CLOSURE.append(re) return CLOSURE–Go(I,a)函数构造算法i.I为当前状态，X为文法符号，J为I中所有形如A->α·Xβ的项目的后续项目所组成的集合，而CLOSURE(J)就是项目集I关于X的后续状态ii.实现代码如下def go(item, v): #生成并返回下一个item tmp = [] for it in item: x, y = it.split(".") if(y!=""): if(y[0] == v): new_it = x + y[0] + "." + y[1:] tmp.append(new_it) if(len(tmp)!=0): new_item = get_CLOSURE(tmp) #print(tmp) #print("go(item, "+v + ") = " + str(new_item)) return new_item–判别LR项目集是否合法：•无移进项目和规约项目并存•无多个规约项目并存•代码如下：def lr_is_legal(: # 判别lr是否合法 has_protocol = 0 #是否存在规约项目 has_shift = 0 #是否存在移进项目 for item in items: for it in item: x, y = it.split(".") if(y ==""): if(has_protocol != 0 or has_shift != 0): return False has_protocol = 1 else: if(y[0] in VT): has_shift = 1 return True•构造LR(0)分析表–构造算法：i.假定项目集规范族C={I0,I1,…,In}。

实验5---语法分析器（自下而上）：LR(1)分析法一、实验目的构造LR(1)分析程序，利用它进行语法分析，判断给出的符号串是否为该文法识别的句子，了解LR（K）分析方法是严格的从左向右扫描，和自底向上的语法分析方法。

二、实验内容程序输入/输出示例（以下仅供参考）：对下列文法，用LR（1）分析法对任意输入的符号串进行分析：（1）E->E+T（2）E->E—T（3）T->T*F（4）T->T/F（5）F-> (E)（6）F->i输出的格式如下：(1)LR（1）分析程序，编制人：姓名，学号，班级(2)输入一个以#结束的符号串(包括+—*/（）i#)：在此位置输入符号串(3)输出过程如下：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。

三、实验方法1．实验采用C++程序语言进行设计，文法写入程序中，用户可以自定义输入语句；2．实验开发工具为DEV C++。

四、实验步骤1．定义LR(1)分析法实验设计思想及算法①若ACTION[sm , ai] = s则将s移进状态栈，并把输入符号加入符号栈，则三元式变成为：(s0s1…sm s , #X1X2…Xm ai , ai+1…an#)；②若ACTION[sm , ai] = rj则将第j个产生式A->β进行归约。

此时三元式变为(s0s1…sm-r s , #X1X2…Xm-rA , aiai+1…an#)；③若ACTION[sm , ai]为“接收”，则三元式不再变化，变化过程终止，宣布分析成功；④若ACTION[sm , ai]为“报错”，则三元式的变化过程终止，报告错误。

2．定义语法构造的代码，与主代码分离，写为头文件LR.h。

3．编写主程序利用上文描述算法实现本实验要求。

五、实验结果1. 实验文法为程序既定的文法，写在头文件LR.h中，运行程序，用户可以自由输入测试语句。

词法分析器实验报告实验名称：语法分析器实验内容：利用LL（1）或LR（1）分析语句语法，判断其是否符合可识别语法。

学会根据状态变化、first、follow或归约转移思想构造状态分析表，利用堆栈对当前内容进行有效判断实验设计：1.实现功能可对一段包含加减乘除括号的赋值语句进行语法分析，其必须以$为终结符，语句间以；隔离，判断其是否符合语法规则，依次输出判断过程中所用到的产生式，并输出最终结论，若有错误可以报错并提示错误所在行数及原因2.实验步骤3．算法与数据结构a)LLtable:left记录产生式左端字符；right记录产生式右端字符；ln记录产生式右端字符长度Status：记录token分析情况Token：category，类型；value，具体内容b)根据LL（1）算法，手工构造分析表，并将内容用数组存储，便于查找c)先将当前语句的各token按序存储，当前处理语句最后一个token以#标记，作为输入流与产生式比较，堆栈中初始放入#，x，a为处理输入流中当前读头内容✓若top=a=‘#‘表示识别成功，退出分析程序✓若top=a！=‘#‘表示匹配，弹出栈顶符号，读头前进一个✓若top为i或n，但top！=a，出错，输出当前语句所在行，出错具体字符✓若top不为i或n，查预测分析表，若其中存放关于top产生式，则弹出top，将产生式右部自右向左压入栈内，输出该产生式，若其中没有产生式，出错，输出当前语句所在行，出错具体字符d)以；作为语句终结，每次遇到分号则处理之前语句并清空后预备下语句处理，当遇到$表示该段程序结束，停止继续处理4．分析表构造过程a)x->i=ee->e+t|e-t|tt->t*f|t/f|ff->(e)|i|nnote: i表示变量，n表示数字,!表示空串b)提取左公因子x->i=ee->ea|ta->+t|-tt->tb|fb->*f|/ff->(e)|i|nc)消除左递归x->i=ee->tcc->ac|!a->+t|-tt->fdd->bd|!b->*e|/ff->(e)|i|n5．类class parser{public:LLtable table[100][100]; //LL(1)表void scanner(); //扫描输入流中内容并分析parser(istream& in); //初始化，得到输入文件地址int getLine() const; //得到当前行数private:int match(); //分析语法stack <char> proStack; //分析堆栈void constructTable(); //建立LL（1）表int getRow(char ch); //取字符所在表中行int getCol(char ch); //取字符所在表中列istream* pstream; //输入流void insertToken(token& t); //插入当前tokenstatus getToken(token& t); //找到tokenint getChar(); //得到当前字符int peekChar(); //下一个字符void putBackChar(char ch); //将字符放回void skipChar(); //跳过当前字符void initialization(); //初始化堆栈等int line; //当前行数token tokens[1000]; //字符表int counter; //记录当前字符表使用范围}6．主要代码void parser::constructTable() //建立LL（1）表{for (int i=0;i<8;i++){for (int j=0;j<9;j++){table[i][j].left=' ';for (int k=0;k<3;k++)table[i][j].right[k]=' ';}}table[0][6].left='x';table[0][6].ln=3;table[0][6].right[0]='i';table[0][6].right[1]='=';table[0][6].right[2]='e';table[1][4].left='e';table[1][4].ln=2;table[1][4].right[0]='t';table[1][4].right[1]='c';table[1][6].left='e';table[1][6].ln=2;table[1][6].right[0]='t';table[1][6].right[1]='c';table[1][7].left='e';table[1][7].ln=2;table[1][7].right[0]='t';table[1][7].right[1]='c';table[2][0].left='c';table[2][0].ln=2;table[2][0].right[0]='a';table[2][0].right[1]='c';table[2][1].left='c';table[2][1].ln=2;table[2][1].right[0]='a';table[2][1].right[1]='c';table[2][5].left='c';table[2][5].ln=0;table[2][5].right[0]='!';table[2][8].left='c';table[2][8].ln=0;table[2][8].right[0]='!';table[3][0].left='a';table[3][0].ln=2;table[3][0].right[0]='+'; table[3][0].right[1]='t'; table[3][1].left='a';table[3][1].ln=2;table[3][1].right[0]='-'; table[3][1].right[1]='t'; table[4][4].left='t';table[4][4].ln=2;table[4][4].right[0]='f'; table[4][4].right[1]='d'; table[4][6].left='t';table[4][6].ln=2;table[4][6].right[0]='f'; table[4][6].right[1]='d'; table[4][7].left='t';table[4][7].ln=2;table[4][7].right[0]='f'; table[4][7].right[1]='d'; table[5][0].left='d';table[5][0].ln=0;table[5][0].right[0]='!'; table[5][1].left='d';table[5][1].ln=0;table[5][1].right[0]='!'; table[5][2].left='d';table[5][2].ln=2;table[5][2].right[0]='b'; table[5][2].right[1]='d'; table[5][3].left='d';table[5][3].ln=2;table[5][3].right[0]='b'; table[5][3].right[1]='d'; table[5][5].left='d';table[5][5].ln=0;table[5][5].right[0]='!'; table[5][8].left='d';table[5][8].ln=0;table[5][8].right[0]='!'; table[6][2].left='b';table[6][2].ln=2;table[6][2].right[0]='*'; table[6][2].right[1]='f'; table[6][3].left='b';table[6][3].ln=2;table[6][3].right[0]='/'; table[6][3].right[1]='f'; table[7][4].left='f';table[7][4].ln=3;table[7][4].right[0]='(';table[7][4].right[1]='e';table[7][4].right[2]=')';table[7][6].left='f';table[7][6].ln=1;table[7][6].right[0]='i';table[7][7].left='f';table[7][7].ln=1;table[7][7].right[0]='n';}int parser::match() //分析语法{ofstream ofs("out.txt",ios::app);char a;int i=0;for (int p=0;p<counter;p++){cout<<tokens[p].value;ofs<<tokens[p].value;}cout<<endl;ofs<<endl<<"ANALYSIS:"<<endl;while(1){if(tokens[i].category=='n' || tokens[i].category=='i')a=tokens[i].category;elsea=(tokens[i].value)[0];if(a==proStack.top()){if(a=='#'){cout<<"This is valid!"<<endl<<endl;ofs<<"This is valid!"<<endl<<endl;return 0;}else{proStack.pop();i++;}}else{if(proStack.top() =='n'|| proStack.top() =='i'){if(a!='#'){cout<<"ERROR(LINE "<<getLine()<<" ): "<<a<<" cannot be matched"<<endl;ofs<<"ERROR(LINE "<<getLine()<<" ): "<<a<<" cannot be matched"<<endl;}else{cout<<"ERROR(LINE "<<getLine()<<" ): Unexpected ending"<<endl;ofs<<"ERROR(LINE "<<getLine()<<" ): Unexpected ending"<<endl;}cout<<"This is invalid!"<<endl<<endl;ofs<<"This is invalid!"<<endl<<endl;return 0;}else{if((table[getRow(proStack.top())][getCol(a)]).left!=' '){char pst=proStack.top();int n=table[getRow(pst)][getCol(a)].ln;int k=0;ofs<<table[getRow(pst)][getCol(a)].left<<"->"<<table[getRow(pst)][getCol(a)].right[0]<<table[getRow(pst)][g etCol(a)].right[1]<<table[getRow(pst)][getCol(a)].right[2]<<endl;proStack.pop();while (n>0){//cout<<n<<" "<<table[getRow(pst)][getCol(a)].right[n-1]<<endl;proStack.push(table[getRow(pst)][getCol(a)].right[n-1]);n--;}}else{if(a!='#'){cout<<"ERROR(LINE "<<getLine()<<" ): "<<a<<" cannot be matched"<<endl;ofs<<"ERROR(LINE "<<getLine()<<" ): "<<a<<" cannot be matched"<<endl;}else{cout<<"ERROR(LINE "<<getLine()<<" ): Unexpected ending"<<endl;ofs<<"ERROR(LINE "<<getLine()<<" ): Unexpected ending"<<endl;}cout<<"This is invalid!"<<endl<<endl;ofs<<"This is invalid!"<<endl<<endl;return 0;}}}}}实验结果：●输入（in.txt）●输出1输出2（out.txt）实验总结：原本以为处理四则运算赋值将会很困难，但在使用LL（1）后发现，思路还是挺清晰简单的，但在实验过程中，由于LL（1）不能出现左递归和左公因子，不得不将其消除，原本简单的产生式一下变多了，而在产生式理解上也没有原来直观，不过其状态复杂度没有LR高，故仍选择该方法。

1．2 语法分析器设计语法分析是编译程序的核心部分,其主要任务是确定语法结构,检查 语法错误，报告错误的性质和位置，并进行适当的纠错工作.法分析的方法有多 种多样，常用的方法有递归子程序方法、运算符优先数法、状态矩阵法、LL（K） 方法和 LR（K）方法。

归纳起来，大体上可分为两大类，即自顶向下分析方法和 自底向上分析方法. Syntax 进行语法分析.对于语法分析，这里采用 LR(1)分析 法，判断程序是否满足规定的结构.构造 LR(1)分析程序，利用它进行语法分析， 判断给出的符号串是否为该文法识别的句子，了解 LR（K）分析方法是严格的从 左向右扫描，和自底向上的语法分析方法。

1.2.1 LR分析过程的设计思想及算法1：LR-table.txt：存放分析表，其中正数表示移进，负数表示归约，100 表示接受状态， 0 表示不操作。

2：grammar.txt 存放文法开始符号 3：lengh.txt 存放产生式右部字符长度 4：inpur.txt 输入的程序语法规则定义的文法，如下： （0） Z---S （1） S---AB （2） A---->CDE （3） C---void （4） D---main （5） E---() （6） B---{F} （7） F---GF （8） F---G （9） G--->HIJ （10） H--int （11） I--KLM （12） K--character（13） L--= （14） M--->num （15） J--;根据上面文法画出的分层有限自动机并根据分层自动机构造的 LR(1)分析表：vo m ( { i ch = nu S A B C D E F G H I J K L M } ; #id ai )n armnt021831Ac2-33454-45676-57-281909-11205111 13511121-261235111-43581-47115612701-1621117981--811551--9992220122-1132232242 32-4142-5111.2.2 程序核心代码和注释:public void analyzer() { //*************************** //循环读取grammar.txt //*************************** /*此处代码略*/ //*************************** //循环读取 lengh.txt //*************************** /*此处代码略*/ //**************************** // 读入文件，进行语法分析 //**************************** string strReadFile; strReadFile="input.txt"; myTextRead.myStreamReader=new StreamReader(strReadFile); string strBufferText; int wid =0; Console.WriteLine("分析读入程序（记号ID）：\n"); do { strBufferText =myTextRead.myStreamReader.ReadLine();if(strBufferText==null) break;foreach (String subString in strBufferText.Split()) {if(subString!="") {int ll; if(subString!=null) {ll= subString.Length; //每一个长度 } else {break; } int a=ll+1; char[] b = new char[a];StringReader sr = new StringReader(subString);sr.Read(b, 0, ll);//把substring 读到char[]数组里int sort=(int)b[0];// word[i] 和 wordNum[i]对应//先识别出一整个串，再根据开头识别是数字还是字母Word[wid]=subString;if(subString.Equals("void")){wordNum[wid]=0;}else{if(subString.Equals("main")){wordNum[wid]=1;}else{if(subString.Equals("()")){wordNum[wid]=2;}else{if(subString.Equals("{")){wordNum[wid]=3;}else{if(subString.Equals("int")){wordNum[wid]=4;}else{if(subString.Equals("=")){wordNum[wid]=6;}else{if(subString.Equals("}")){wordNum[wid]=22;}else{if(subString.Equals(";")){wordNum[wid]=23;}else //识别变量和数字{if(sort>47&sort<58){wordNum[wid]=7;}else{wordNum[wid]=5;}}}} } } } } } Console.Write(subString+"("+wordNum[wid]+")"+" ");wid++; } } Console.WriteLine("\n"); }while (strBufferText!=null); wordNum[wid]=24; myTextRead.myStreamReader.Close();//********************************* //读入LR分析表 // //***********************************/*此处代码略*/int[] state = new int[100]; string[] symbol =new string[100]; state[0]=0; symbol[0]="#"; int p1=0; int p2=0; Console.WriteLine("\n按文法规则归约顺序如下:\n"); //*************** // 归约算法如下所显示 //*************** while(true) {int j,k;j=state[p2];k=wordNum[p1]; t=LR[j,k]; //当出现t为0的时候 if(t==0) {//错误类型 string error;"+error);if(k==0) error="void";else if(k==1) error="main";else if(k==2) error="()";else if(k==3) error="{";else if(k==4) error="int";else if(k==6) error="=";else if(k==22) error="}";else if(k==23) error=";";else error="其他错误符号";Console.WriteLine("\n检测结果:"); Console.WriteLine("代码中存在语法错误"); Console.WriteLine("错误状况:错误状态编号为 "+j+" 读头下符号为break;}else{if(t==-100)//-100为达到接受状态{Console.WriteLine("\n");Console.WriteLine("\n检测结果:");Console.WriteLine("代码通过语法检测");break;}if(t<0&&t!=-100)//归约{string m=grammar[-t];Console.Write(m+" ");//输出开始符int length=lengh[-t]; p2=p2-(length-1); Search mySearch=new Search(); int right=mySearch.search(m); if(right==0) {Console.WriteLine("\n"); Console.WriteLine("代码中有语法错误"); break; } int a=state[p2-1]; int LRresult= LR[a,right]; state[p2]=LRresult; symbol[p2]=m; } if(t>0) { p2=p2+1; state[p2]=t; symbol[p2]=Convert.ToString(wordNum[p1]); p1=p1+1; } }} myTextRead.myStreamReader.Close(); Console.Read(); }示例：1：void main () {int i = 8 ; int aa = 10 ; int j = 9 ; }2：void main (){ intq i = 8 ; int aa = 10 ; int j = 9 ; } 对于 intq i=8 中 intq 这个错误类型，词法分析通过，而语法分析正确识别出了错误，达到 预期目标 产生出错信息: 运行显示如下:1．3 中间代码生成器设计进入编译程序的第三阶段：中间代码产生阶段。

LR分析程序构造LR分析程序，利用它进行语法分析，判断给出的符号串是否为该文法识别的句子，了解LR分析方法是严格的从左向右扫描，和自底向上的语法分析方法。

1)实验原理LR分析器由三个部分组成：(1)总控程序，也可以称为驱动程序。

对所有的LR分析器总控程序都是相同的。

(2)分析表:分析表又可以分为动作表（ACTION）和状态转换（GOTO）表两个部分，它们都可用二维数组表示。

(3)分析栈，包括文法符号栈和相应的状态栈，它们均是先进后出栈。

分析器的动作就是由栈顶状态和当前输入符号所决定。

LR分析器结构：其中:SP为栈指针，S[i]为状态栈，X[i]为文法符号栈。

状态转换表用GOTO[i，X]=j表示，规定当栈顶状态为i，遇到当前文法符号为X时应转向状态j，X为终结符或非终结符。

ACTION[i，a]规定了栈顶状态为i时遇到输入符号a应执行。

动作有四种可能：(1)移进：action[i，a]= Sj：状态j移入到状态栈，把a移入到文法符号栈，其中i,j表示状态号。

(2)归约：action[i，a]=rk：当在栈顶形成句柄时，则归约为相应的非终结符A，即文法中有A-B 的产生式，若B的长度为R(即|B|=R)，则从状态栈和文法符号栈中自顶向下去掉R个符号，即栈指针SP减去R，并把A移入文法符号栈内，j=GOTO[i,A]移进状态栈，其中i为修改指针后的栈顶状态。

(3)接受acc:当归约到文法符号栈中只剩文法的开始符号S时，并且输入符号串已结束即当前输入符是'#'，则为分析成功。

(4)报错:当遇到状态栈顶为某一状态下出现不该遇到的文法符号时，则报错，说明输入端不是该文法能接受的符号串。

2)、实验过程(1):数据结构:动作表（ACTION）和状态转换（GOTO）表用二维数组表示.(2)).使用文法E->E+TE->TT->T*FT->FF->(E)F->i3)程序思路（1）建立LR分析表（2）控制部分：从键盘输入一个表达式符号串；利用LR分析算法进行表达式处理：根据LR分析表对表达式符号串进行堆栈（或其他）操作，输出分析结果，如果遇到错误则显示错误信息。

编译原理LR分析法编译原理中的LR分析法是一种自底向上的语法分析方法，用于构建LR语法分析器。

LR分析法将构建一个识别句子的分析树，并且在分析过程中动态构建并操作一种非常重要的数据结构，称为句柄(stack)。

本文将详细介绍LR分析法的原理、算法以及在实际应用中的一些技巧。

1.LR分析法的原理LR分析法是从右向左(Right to Left)扫描输入串，同时把已处理的输入串的右侧部分作为输入串的前缀进行分析的。

它的核心思想是利用句柄来识别输入串中的语法结构，从而构建分析树。

为了实现LR分析法，需要识别和操作两种基本的语法结构：可规约项和可移近项。

可规约项指的是已经识别出的产生式右部，可以用产生式左部进行规约。

可移近项指的是当前正在处理的输入符号以及已处理的输入串的右侧部分。

2.LR分析法的算法LR分析法的算法包括以下几个步骤：步骤1: 构建LR分析表，LR分析表用于指导分析器在每个步骤中的动作。

LR分析表包括两个部分：动作(Action)表和状态(Goto)表。

步骤2: 初始化分析栈(stack)，将初始状态压入栈中。

步骤3:从输入串中读取一个输入符号，并根据该符号和当前状态查找LR分析表中的对应条目。

步骤4:分析表中的条目可能有以下几种情况：- 移进(shift)：将输入符号移入栈中，并将新的状态压入栈中。

- 规约(reduce)：将栈中符合产生式右部的项规约为产生式左部，并将新的状态压入栈中。

- 接受(accept)：分析成功，结束分析过程。

- 错误(error)：分析失败，报告错误。

步骤5:重复步骤3和步骤4，直到接受或报错。

3.LR分析法的应用技巧在实际应用中，为了提高LR分析法的效率和准确性，一般会采用以下几种技巧：-使用LR分析表的压缩表示：分析表中的大部分条目具有相同的默认动作（通常是移进操作），因此可以通过压缩表示来减小分析表的大小。

-使用语法冲突消解策略：当分析表中存在冲突时，可以使用优先级和结合性规则来消解冲突，以确定应该选择的操作。