实验三自下而上语法分析及语义分析

（一）语法分析概述语法分析是对高级语言的句子结构进行分析，在编译过程中处于核心地位，它的主要任务是在词法分析识别出正确单词符号串的基础上，根据语言定义的语法规则，从单词符号串中识别出各种语法成分，并进行语法检查和错误处理，生成相应的语法树。

生成语法树的方法有两种，一种是自上而下另一种是自下而上。

[1]自上而下的语法分析方法是对由单词种别构成的源程序，尝试用所有可能的途径，从语法树的根结点出发，从上至下为输入符号串建立一棵语法树。

也可以说成是为输入符号串构造一个最左推导。

整个分析过程就是一种试探的过程，通过不断使用不同产生式谋求匹配输入符号串的过程。

自上而下的语法分析方法分为确定的和不确定的两种。

只有LL（1）文法才能进行确定的自上而下语法分析，在这种分析方法中面临两个问题，回溯和死循环。

通过对文法的产生式进行改造来解决这两个问题，在回溯中改造的方法是提取公共左因子，比如:A→αβ1|αβ2，改造后为A→αA’，A’→β1|β2。

死循环的改造方法是消除左递归，比如:A→Aα|β改造后为A→βA’，A’→αA’|ε。

而不确定的有递归下降分析和预测分析，前者适合手工实现，后者适合自动生成。

递归下降分析是用子程序来实现的，为每个非终结符创造一个子程序，每个子程序里面都有一个函数体，这个函数体是根据非终结符的产生式而定义展开的，当分析过程中遇到终结符时就直接匹配，如果遇到非终结符就调用相应的非终结符对应的子程序。

预测分析方法需要借助一个状态栈和一个二维分析表来实现，两者必须联合控制才能更好的实现预测分析方法。

自下而上的语法分析方法和自上而下的语法分析方法是完全不同的两种方法，但是它们产生的结果是相同的，都是构造一棵语法树，只是构造的过程不同罢了。

语法树创建的过程是把分析符号串的各个符号作为叶子结点，按照文法定义的规则，把产生式左部的非终结符作为父结点，自下而上构造此树的过程。

它的基本思想是“移进—归约”。

学生实验报告（理工类）课程名称：编译原理专业班级：08计算机科学与技术(单)本所属院部：信息技术学院指导教师：洪蕾20 10 ——20 11 学年第二学期金陵科技学院教务处制实验报告书写要求实验报告原则上要求学生手写，要求书写工整。

若因课程特点需打印的，要遵照以下字体、字号、间距等的具体要求。

纸张一律采用A4的纸张。

实验报告书写说明实验报告中一至四项内容为必填项，包括实验目的和要求；实验仪器和设备；实验内容与过程；实验结果与分析。

各院部可根据学科特点和实验具体要求增加项目。

填写注意事项（1）细致观察，及时、准确、如实记录。

（2）准确说明，层次清晰。

（3）尽量采用专用术语来说明事物。

（4）外文、符号、公式要准确，应使用统一规定的名词和符号。

（5）应独立完成实验报告的书写，严禁抄袭、复印，一经发现，以零分论处。

实验报告批改说明实验报告的批改要及时、认真、仔细，一律用红色笔批改。

实验报告的批改成绩采用百分制，具体评分标准由各院部自行制定。

实验报告装订要求实验批改完毕后，任课老师将每门课程的每个实验项目的实验报告以自然班为单位、按学号升序排列，装订成册，并附上一份该门课程的实验大纲。

实验项目名称： LR(1)分析表语法分析实验学时： 6 同组学生姓名：无实验地点： B513 实验日期： 2011.4.7/4.21 实验成绩：批改教师：批改时间：一、实验目的和要求语法分析主要目的是按照程序语言的语法规则,从由词法分析输出的源程序符号串中识别出各类语法成分,同时进行语法检查,为语义分析和代码生成作准备.语法分析程序在分析过程中检查符号串是否为该程序的句子.若是则输出该句子的分析树,否则就表示源程序存在语法错误,并报告错误的性质与位置.二、实验仪器和设备主机一台：有Visual Studio 2005工具三、实验过程说明：此程序共有两个类，Lexical进行词法分析，Syntax进行语法分析.对于语法分析，采用LR(1)分析法，判断程序是否满足规定的结构.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。

第五章⾃上⽽下语法分析第五章⾃上⽽下语法分析1、教学⽬的及要求：本章介绍编译程序的第⼆个阶段语法分析的设计⽅法和实现原理，包括⾃上⽽下分析的⽆回朔的递归下降分析、 LL(1)分析法。

要求理解递归下降分析、LL(1)⽂法的基本概念；掌握⽆回朔的递归下降分析的设计和实现、LL(1)分析表的构造与分析⽅法。

◇能够对⼀个给定的⽂法判断是否是LL(1)⽂法；◇能构造预测分析表；◇能⽤预测分析⽅法判断给定的输⼊符号串是否是该⽂法的句⼦；◇能对某些⾮LL(1)⽂法做等价变换：①消除左递归②提取左公共因⼦可能会变成LL(1)⽂法。

这样可扩⼤⾃顶向下分析⽅法的应⽤。

2、教学内容：语法分析器的功能，⾃上⽽下语法分析（递归下降分析法，预测分析程序），LL（1）分析法，递归下降分析程序构造，预测分析程序。

3、教学重点：递归下降⼦程序，预测分析表构造，LL(1)⽂法。

4、教学难点：对⼀个⽂法如何判断是否是LL(1)⽂法，由于在判断 LL(1)⽂法时⽤到⽂法符号串的开始符号集合（FIRST集）和⾮终结符后跟符号集合（FOLLOW集）的计算，⽽⼀般学⽣往往因概念不清或不够细⼼对这两个集合的计算常常出错，导致判断和分析结果的错误。

5、课前思考为了了解⾃顶向下（⾃上⽽下）分析的⼀般过程和问题，请学⽣⾸先回顾本章之前介绍的有关基本概念：◇句⼦、句型和语⾔的定义是什么？◇什么叫最左推导？◇什么叫最右推导和规范推导？◇什么叫确定的⾃顶向下语法分析？◇⾃顶向下语法分析是从⽂法的开始符号出发，反复使⽤各种产⽣式，寻找与输⼊符号匹配的推导。

◇确定的⾃顶向下语法分析中⽤的是哪种推导？◇在确定的⾃顶向下语法分析过程中，当以同⼀个⾮终结符为左部的产⽣式有多个不同右部时，如何选择⽤哪个产⽣式的右部替换当前的⾮终结符？◇确定的⾃顶向下语法分析对⽂法有何限制？6、章节内容第⼀节概述第⼆节 LL(1)分析⽅法第三节递归下降分析法5.1 概述LL分析法确定的⾃上⽽下分析⾃上⽽下分析递归下降分析法语法分析不确定的⾃上⽽下分析——即带回溯的分析⽅法算符优先分析⾃下⽽上分析LR分析⼀、带回溯的⾃顶向下分析⽅法是⾃顶向下分析的⼀般⽅法，即对任⼀输⼊符号串，试图⽤⼀切可能的办法，从树根结点（识别符号）出发，根据⽂法⾃上⽽下地为输⼊串建⽴⼀棵语法树，或者说，从识别符号开始，根据⽂法为输⼊串建⽴⼀个推导序列，这种分析过程本质上是⼀种试探过程，是反复使⽤不同规则谋求匹配输⼊串的过程。

电力学院编译原理课程实验报告实验名称：实验三自下而上语法分析及语义分析院系：计算机科学与技术学院专业年级：学生：学号：指导老师：实验日期：实验三自上而下的语法分析一、实验目的：通过本实验掌握LR分析器的构造过程，并根据语法制导翻译，掌握属性文法的自下而上计算的过程。

二、实验学时：4学时。

三、实验容根据给出的简单表达式的语法构成规则（见五），编制LR分析程序，要求能对用给定的语法规则书写的源程序进行语法分析和语义分析。

对于正确的表达式，给出表达式的值。

对于错误的表达式，给出出错位置。

四、实验方法采用LR分析法。

首先给出S-属性文法的定义（为简便起见，每个文法符号只设置一个综合属性，即该文法符号所代表的表达式的值。

属性文法的定义可参照书137页表6.1），并将其改造成用LR分析实现时的语义分析动作（可参照书145页表6.5）。

接下来给出LR分析表。

然后程序的具体实现：● LR分析表可用二维数组（或其他）实现。

●添加一个val栈作为语义分析实现的工具。

编写总控程序，实现语法分析和语义分析的过程。

注：对于整数的识别可以借助实验1。

五、文法定义简单的表达式文法如下：(1)E->E+T(2)E->E-T(3)E->T(4)T->T*F(5)T->T/F(6)T->F(7)F->(E)(8)F->i五、处理程序例和处理结果例示例1：20133191*(20133191+3191)+ 3191#六、源代码【cifa.h】//cifa.h#include<string>using namespace std;//单词结构定义struct WordType{int code;string pro;};//函数声明WordType get_w();void getch();void getBC();bool isLetter();bool isDigit();void retract();int Reserve(string str);string concat(string str);【Table.action.h】//table_action.hclass Table_action{int row_num,line_num;int lineName[8];string tableData[16][8];public:Table_action(){row_num=16;line_num=8;lineName[0]=30;lineName[1]=7;lineName[2]=13;lineName[3]=8;lineName[4]=14;lineName[5]=1;lineName[6]=2;lineName[7]=15;lineName[8]=0;for(int m=0;m<row_num;m++)for(int n=0;n<line_num;n++)tableData[m][n]="";tableData[0][0]="S5";tableData[0][5]="S4";tableData[1][1]="S6";tableData[1][2]="S12";tableData[1][7]="acc";tableData[2][1]="R3";tableData[2][2]="R3";tableData[2][3]="S7";tableData[2][4]="S13";tableData[2][6]="R3";tableData[2][7]="R3";tableData[3][1]="R6";tableData[3][3]="R6"; tableData[3][4]="R6"; tableData[3][6]="R6"; tableData[3][7]="R6"; tableData[4][0]="S5"; tableData[4][5]="S4"; tableData[5][1]="R8"; tableData[5][2]="R8"; tableData[5][3]="R8"; tableData[5][4]="R8"; tableData[5][6]="R8"; tableData[5][7]="R8"; tableData[6][0]="S5"; tableData[6][5]="S4"; tableData[7][0]="S5"; tableData[7][5]="S4"; tableData[8][1]="S6"; tableData[8][2]="S12"; tableData[8][6]="S11"; tableData[9][1]="R1"; tableData[9][2]="R1"; tableData[9][3]="S7"; tableData[9][4]="S13"; tableData[9][6]="R1"; tableData[9][7]="R1"; tableData[10][1]="R4"; tableData[10][2]="R4"; tableData[10][3]="R4"; tableData[10][4]="R4"; tableData[10][6]="R4"; tableData[10][7]="R4"; tableData[11][1]="R7"; tableData[11][2]="R7"; tableData[11][3]="R7"; tableData[11][4]="R7"; tableData[11][6]="R7"; tableData[11][7]="R7"; tableData[12][0]="S5"; tableData[12][5]="S4"; tableData[13][0]="S5"; tableData[13][5]="S4"; tableData[14][1]="R2"; tableData[14][2]="R2";tableData[14][4]="S13";tableData[14][6]="R2";tableData[14][7]="R2";tableData[15][1]="R5";tableData[15][2]="R5";tableData[15][3]="R5";tableData[15][4]="R5";tableData[15][5]="R5";tableData[15][6]="R5";tableData[15][7]="R5";}string getCell(int rowN,int lineN){int row=rowN;int line=getLineNumber(lineN);if(row>=0&&row<row_num&&line>=0&&line<=line_num) return tableData[row][line];elsereturn"";}int getLineNumber(int lineN){for(int i=0;i<line_num;i++)if(lineName[i]==lineN)return i;return -1;}};【Table_go.h】//table_go.hclass Table_go{int row_num,line_num;//行数、列数string lineName[3];int tableData[16][3];public:Table_go(){row_num=16;line_num=3;lineName[0]="E";lineName[1]="T";lineName[2]="F";for(int m=0;m<row_num;m++)for(int n=0;n<line_num;n++)tableData[m][n]=0;tableData[0][0]=1;tableData[0][1]=2;tableData[0][2]=3;tableData[4][0]=8;tableData[4][1]=2;tableData[4][2]=3;tableData[6][1]=9;tableData[6][2]=3;tableData[7][2]=10;tableData[12][1]=14;tableData[12][2]=3;tableData[13][2]=15;}int getCell(int rowN,string lineNa){int row=rowN;int line=getLineNumber(lineNa);if(row>=0&&row<row_num&&line<=line_num) return tableData[row][line];elsereturn -1;}int getLineNumber(string lineNa){for(int i=0;i<line_num;i++)if(lineName[i]==lineNa)return i;return -1;}};【Stack_num.h】class Stack_num{int i; //栈顶标记int *data; //栈结构public:Stack_num() //构造函数{data=new int[100];i=-1;}int push(int m) //进栈操作{i++;data[i]=m;return i;}int pop() //出栈操作{i--;return data[i+1];}int getTop() //返回栈顶{return data[i];}~Stack_num() //析构函数{delete []data;}int topNumber(){return i;}void outStack(){for(int m=0;m<=i;m++)cout<<data[m];}};【Stack_str.h】class Stack_str{int i; //栈顶标记string *data; //栈结构public:Stack_str() //构造函数{data=new string[50];i=-1;}int push(string m) //进栈操作{i++;data[i]=m;return i;}int pop() //出栈操作{data[i]="";i--;return i;}string getTop() //返回栈顶{return data[i];}~Stack_str() //析构函数{delete []data;}int topNumber(){return i;}void outStack(){for(int m=0;m<=i;m++)cout<<data[m];}};【cifa.cpp】//cifa.cpp#include<iostream>#include<string>#include"cifa.h"using namespace std;//关键字表和对应的编码string codestring[10]={"main","int","if","then","else","return","void","cout","endl"}; int codebook[10]={26,21,22,23,24,25,27,28,29};//全局变量char ch;int flag=0;/*//主函数int main(){WordType word;cout<<"请输入源程序序列:";word=get_w();while(word.pro!="#")//#为自己设置的结束标志{cout<<"("<<word.code<<"，"<<"“"<<word.pro<<"”"<<")"<<endl;word=get_w();};return 0;}*/WordType get_w(){string str="";int code;WordType wordtmp;getch();//读一个字符getBC();//去掉空白符if(isLetter()){ //以字母开头while(isLetter()||isDigit()){str=concat(str);getch();}retract();code=Reserve(str);if(code==-1){wordtmp.code=0;wordtmp.pro=str;}//不是关键字else{wordtmp.code=code;wordtmp.pro=str;}//是关键字}else if(isDigit()){ //以数字开头while(isDigit()){str=concat(str);getch();}retract();wordtmp.code=30;wordtmp.pro=str;}else if(ch=='(') {wordtmp.code=1;wordtmp.pro="(";}else if(ch==')') {wordtmp.code=2;wordtmp.pro=")";}else if(ch=='{') {wordtmp.code=3;wordtmp.pro="{";}else if(ch=='}') {wordtmp.code=4;wordtmp.pro="}";}else if(ch==';') {wordtmp.code=5;wordtmp.pro=";";}else if(ch=='=') {wordtmp.code=6;wordtmp.pro="=";}else if(ch=='+') {wordtmp.code=7;wordtmp.pro="+";}else if(ch=='*') {wordtmp.code=8;wordtmp.pro="*";}else if(ch=='>') {wordtmp.code=9;wordtmp.pro=">";}else if(ch=='<') {wordtmp.code=10;wordtmp.pro="<";}else if(ch==',') {wordtmp.code=11;wordtmp.pro=",";}else if(ch=='\'') {wordtmp.code=12;wordtmp.pro="\'";}else if(ch=='-') {wordtmp.code=13;wordtmp.pro="-";}else if(ch=='/') {wordtmp.code=14;wordtmp.pro="/";}else if(ch=='#') {wordtmp.code=15;wordtmp.pro="#";}else if(ch=='|') {wordtmp.code=16;wordtmp.pro="|";}else {wordtmp.code=100;wordtmp.pro=ch;} return wordtmp;}void getch(){if(flag==0) //没有回退的字符ch=getchar();else //有回退字符，用回退字符，并设置标志flag=0;}void getBC(){while(ch==' '||ch=='\t'||ch=='\n')ch=getchar();}bool isLetter(){if(ch>='a'&&ch<='z'||ch>='A'&&ch<='Z')return true;elsereturn false;}bool isDigit(){if(ch>='0'&&ch<='9')return true;elsereturn false;}string concat(string str){return str+ch;}void retract(){flag=1;}int Reserve(string str){int i;for(i=0;i<=8;i++){if(codestring[i]==str) //是某个关键字，返回对应的编码return codebook[i];}if(i==9) //不是关键字return -1;}【LR.cpp】#include<iostream>#include<string>#include<cstdlib>#include"cifa.h"#include"stack_num.h"#include"stack_str.h"#include"table_action.h"#include"table_go.h"using namespace std;void process(){int stepNum=1;int topStat;Stack_num statusSTK; //状态栈Stack_str symbolSTK; //符号栈Stack_num valueSTK; //值栈WordType word;Table_action actionTAB; //行为表Table_go goTAB; //转向表cout<<"请输入源程序，以#结束：";word=get_w();//总控程序初始化操作symbolSTK.push("#");statusSTK.push(0);valueSTK.push(0);cout<<"步骤\t状态栈\t符号栈\t值栈\t当前词\t动作\t转向"<<endl;//分析while(1){topStat=statusSTK.getTop(); //当前状态栈顶string act=actionTAB.getCell(topStat,word.code);//根据状态栈顶和当前单词查到的动作//输出cout<<stepNum++<<"\t";statusSTK.outStack(); cout<<"\t";symbolSTK.outStack(); cout<<"\t";valueSTK.outStack(); cout<<"\t";cout<<word.pro<<"\t";//行为为“acc”，且当前处理的单词为#，且状态栈里就两个状态//说明正常分析结束if(act=="acc"&&word.pro=="#"&&statusSTK.topNumber()==1){cout<<act<<endl;cout<<"分析成功！"<<endl;cout<<"结果为："<<valueSTK.getTop()<<endl;return;}//读到act表里标记为错误的单元格else if(act==""){cout<<endl<<"不是文法的句子！"<<endl;cout<<"错误的位置为单词"<<word.pro<<"附近。