用C++设计简单算数表达式语法分析器算法;(LR来实现)输入表达式不带#号,输出为TRue或者False

时间: 2024-01-24 20:17:54 浏览: 92
LR(1) 算法可以用于实现简单算数表达式语法分析器。下面是一个用 C++ 设计的算法实现: ```c++ #include <iostream> #include <string> #include <stack> #include <map> #include <vector> using namespace std; const int MAXN = 1000; // 符号类别 enum TokenType { TOKEN_PLUS, // + TOKEN_MINUS, // - TOKEN_MULTIPLY, // * TOKEN_DIVIDE, // / TOKEN_LPAREN, // ( TOKEN_RPAREN, // ) TOKEN_NUMBER // 数字 }; // 符号项 struct Token { TokenType type; // 符号类别 int value; // 数字值 }; // LR(1) 项 struct LR1Item { int production; // 产生式编号 int dot; // 点的位置 vector<int> lookahead; // 向前看符号 }; // 产生式 struct Production { TokenType left; // 左部 vector<TokenType> right; // 右部 }; // LR(1) 项目集族 vector<vector<LR1Item>> item_sets; // ACTION 表 map<pair<int, TokenType>, pair<char, int>> action; // GOTO 表 map<pair<int, TokenType>, int> goto_table; // 产生式序列 vector<Production> productions = { {TOKEN_NUMBER, {TOKEN_NUMBER}}, {TOKEN_NUMBER, {TOKEN_NUMBER, TOKEN_PLUS, TOKEN_NUMBER}}, {TOKEN_NUMBER, {TOKEN_NUMBER, TOKEN_MINUS, TOKEN_NUMBER}}, {TOKEN_NUMBER, {TOKEN_NUMBER, TOKEN_MULTIPLY, TOKEN_NUMBER}}, {TOKEN_NUMBER, {TOKEN_NUMBER, TOKEN_DIVIDE, TOKEN_NUMBER}}, {TOKEN_NUMBER, {TOKEN_LPAREN, TOKEN_NUMBER, TOKEN_RPAREN}} }; // 符号优先级表 int priority_table[MAXN][MAXN] = { // + - * / ( ) number { 1, 1, -1, -1, -1, 1, -1}, // + { 1, 1, -1, -1, -1, 1, -1}, // - { 1, 1, 1, 1, -1, 1, -1}, // * { 1, 1, 1, 1, -1, 1, -1}, // / {-1, -1, -1, -1, -1, 0, -1}, // ( { 1, 1, 1, 1, -1, 1, -1}, // ) {-1, -1, -1, -1, -1, -1, 0} // number }; // 将符号转化为字符串 string tokenToString(TokenType type) { switch (type) { case TOKEN_PLUS: return "+"; case TOKEN_MINUS: return "-"; case TOKEN_MULTIPLY: return "*"; case TOKEN_DIVIDE: return "/"; case TOKEN_LPAREN: return "("; case TOKEN_RPAREN: return ")"; case TOKEN_NUMBER: return "number"; default: return ""; } } // 判断一个符号是否为终结符 bool isTerminal(TokenType type) { return type == TOKEN_PLUS || type == TOKEN_MINUS || type == TOKEN_MULTIPLY || type == TOKEN_DIVIDE || type == TOKEN_LPAREN || type == TOKEN_RPAREN || type == TOKEN_NUMBER; } // 计算表达式的值 int calculate(vector<Token> tokens) { stack<int> value_stack; stack<TokenType> op_stack; for (size_t i = 0; i < tokens.size(); i++) { Token token = tokens[i]; if (token.type == TOKEN_NUMBER) { value_stack.push(token.value); } else { while (!op_stack.empty() && priority_table[op_stack.top()][token.type] >= 0) { TokenType op = op_stack.top(); op_stack.pop(); int b = value_stack.top(); value_stack.pop(); int a = value_stack.top(); value_stack.pop(); switch (op) { case TOKEN_PLUS: value_stack.push(a + b); break; case TOKEN_MINUS: value_stack.push(a - b); break; case TOKEN_MULTIPLY: value_stack.push(a * b); break; case TOKEN_DIVIDE: value_stack.push(a / b); break; } } if (token.type == TOKEN_RPAREN) { op_stack.pop(); } else { op_stack.push(token.type); } } } while (!op_stack.empty()) { TokenType op = op_stack.top(); op_stack.pop(); int b = value_stack.top(); value_stack.pop(); int a = value_stack.top(); value_stack.pop(); switch (op) { case TOKEN_PLUS: value_stack.push(a + b); break; case TOKEN_MINUS: value_stack.push(a - b); break; case TOKEN_MULTIPLY: value_stack.push(a * b); break; case TOKEN_DIVIDE: value_stack.push(a / b); break; } } return value_stack.top(); } // 获取产生式字符串 string productionToString(Production production) { string result = tokenToString(production.left) + " ->"; for (size_t i = 0; i < production.right.size(); i++) { result += " " + tokenToString(production.right[i]); } return result; } // 获取 LR(1) 项目字符串 string lr1ItemToString(LR1Item item) { string result = productionToString(productions[item.production]) + ", dot = " + to_string(item.dot); result += ", lookahead = { "; for (size_t i = 0; i < item.lookahead.size(); i++) { result += tokenToString(item.lookahead[i]) + " "; } result += "}"; return result; } // 获取项目集字符串 string itemSetToString(int index) { string result = "{\n"; for (size_t i = 0; i < item_sets[index].size(); i++) { result += " " + lr1ItemToString(item_sets[index][i]) + "\n"; } result += "}"; return result; } // 获取 ACTION 表字符串 string actionTableToString() { string result = "ACTION TABLE:\n"; for (auto it = action.begin(); it != action.end(); it++) { int state = it->first.first; TokenType token = it->first.second; char action_type = it->second.first; int action_param = it->second.second; result += " [" + to_string(state) + ", " + tokenToString(token) + "] = "; if (action_type == 's') { result += "SHIFT " + to_string(action_param) + "\n"; } else if (action_type == 'r') { result += "REDUCE " + productionToString(productions[action_param]) + "\n"; } else if (action_type == 'a') { result += "ACCEPT\n"; } } return result; } // 获取 GOTO 表字符串 string gotoTableToString() { string result = "GOTO TABLE:\n"; for (auto it = goto_table.begin(); it != goto_table.end(); it++) { int state = it->first.first; TokenType symbol = it->first.second; int next_state = it->second; result += " [" + to_string(state) + ", " + tokenToString(symbol) + "] = " + to_string(next_state) + "\n"; } return result; } // 初始化符号项 void initItem(Token token, vector<int>& lookahead, vector<LR1Item>& items) { for (size_t i = 0; i < productions.size(); i++) { Production production = productions[i]; if (production.left == token.type) { LR1Item item; item.production = i; item.dot = 0; item.lookahead = lookahead; items.push_back(item); } } } // 计算闭包 void closure(vector<LR1Item>& items) { bool changed = true; while (changed) { changed = false; for (size_t i = 0; i < items.size(); i++) { LR1Item item = items[i]; if (item.dot < productions[item.production].right.size() && !isTerminal(productions[item.production].right[item.dot])) { TokenType symbol = productions[item.production].right[item.dot]; vector<int> lookahead = item.lookahead; if (item.dot + 1 < productions[item.production].right.size()) { lookahead.clear(); lookahead.push_back(productions[item.production].right[item.dot + 1]); } vector<LR1Item> new_items; initItem({symbol, 0}, lookahead, new_items); for (size_t j = 0; j < new_items.size(); j++) { if (find(items.begin(), items.end(), new_items[j]) == items.end()) { items.push_back(new_items[j]); changed = true; } } } } } } // 计算转移 void gotoState(vector<LR1Item> items, TokenType symbol, vector<LR1Item>& new_items) { for (size_t i = 0; i < items.size(); i++) { LR1Item item = items[i]; if (item.dot < productions[item.production].right.size() && productions[item.production].right[item.dot] == symbol) { LR1Item new_item = item; new_item.dot++; new_items.push_back(new_item); } } closure(new_items); } // 计算项目集族 void calculateItemSets() { vector<LR1Item> initial_items; initItem({TOKEN_NUMBER, 0}, {TOKEN_NUMBER}, initial_items); closure(initial_items); item_sets.push_back(initial_items); bool changed = true; while (changed) { changed = false; for (size_t i = 0; i < item_sets.size(); i++) { vector<LR1Item> items = item_sets[i]; map<TokenType, vector<LR1Item>> next_items; for (size_t j = 0; j < items.size(); j++) { LR1Item item = items[j]; if (item.dot < productions[item.production].right.size()) { TokenType symbol = productions[item.production].right[item.dot]; vector<LR1Item> new_items; gotoState(items, symbol, new_items); next_items[symbol] = new_items; } } for (auto it = next_items.begin(); it != next_items.end(); it++) { TokenType symbol = it->first; vector<LR1Item> new_items = it->second; if (new_items.size() > 0 && find(item_sets.begin(), item_sets.end(), new_items) == item_sets.end()) { item_sets.push_back(new_items); changed = true; goto_table[{i, symbol}] = item_sets.size() - 1; } } } } } // 计算 ACTION 表和 GOTO 表 void calculateTables() { for (size_t i = 0; i < item_sets.size(); i++) { vector<LR1Item> items = item_sets[i]; for (size_t j = 0; j < items.size(); j++) { LR1Item item = items[j]; if (item.dot == productions[item.production].right.size()) { if (item.production == 0) { action[{i, TOKEN_NUMBER}] = {'a', 0}; } else { for (size_t k = 0; k < item.lookahead.size(); k++) { TokenType lookahead = item.lookahead[k]; if (action.count({i, lookahead}) > 0) { cout << "ERROR: Reduce-Reduce conflict!\n"; return; } else { action[{i, lookahead}] = {'r', item.production}; } } } } } for (auto it = productions.begin(); it != productions.end(); it++) { TokenType symbol = it->left; vector<LR1Item> new_items; gotoState(items, symbol, new_items); if (new_items.size() > 0) { int j = find(item_sets.begin(), item_sets.end(), new_items) - item_sets.begin(); goto_table[{i, symbol}] = j; } } for (size_t j = 0; j < items.size(); j++) { LR1Item item = items[j]; if (item.dot < productions[item.production].right.size()) { TokenType symbol = productions[item.production].right[item.dot]; if (isTerminal(symbol)) { vector<LR1Item> new_items; gotoState(items, symbol, new_items); if (new_items.size() > 0) { int j = find(item_sets.begin(), item_sets.end(), new_items) - item_sets.begin(); if (action.count({i, symbol}) > 0) { cout << "ERROR: Shift-Reduce conflict!\n"; return; } else { action[{i, symbol}] = {'s', j}; } } } } } } } // 将表达式转化为符号串 vector<Token> expressionToTokens(string expr) { vector<Token> tokens; int i = 0; while (i < expr.length()) { if (isdigit(expr[i])) { int j = i; while (j < expr.length() && isdigit(expr[j])) { j++; } tokens.push_back({TOKEN_NUMBER, stoi(expr.substr(i, j - i))}); i = j; } else if (expr[i] == '+') { tokens.push_back({TOKEN_PLUS, 0}); i++; } else if (expr[i] == '-') { tokens.push_back({TOKEN_MINUS, 0}); i++; } else if (expr[i] == '*') { tokens.push_back({TOKEN_MULTIPLY, 0}); i++; } else if (expr[i] == '/') { tokens.push_back({TOKEN_DIVIDE, 0}); i++; } else if (expr[i] == '(') { tokens.push_back({TOKEN_LPAREN, 0}); i++; } else if (expr[i] == ')') { tokens.push_back({TOKEN_RPAREN, 0}); i++; } else { i++; } } return tokens; } // 使用算法分析表达式 bool analyzeExpression(string expr) { vector<Token> tokens = expressionToTokens(expr); tokens.push_back({TOKEN_NUMBER, 0}); stack<int> state_stack; stack<TokenType> symbol_stack; state_stack.push(0); symbol_stack.push(TOKEN_NUMBER); size_t i = 0; while (!state_stack.empty()) { int state = state_stack.top(); TokenType symbol = symbol_stack.top(); if (action.count({state, symbol}) == 0) { return false; } char action_type = action[{state, symbol}].first; int action_param = action[{state, symbol}].second; if (action_type == 's') { state_stack.push(action_param); symbol_stack.push(symbol); state_stack.push(0); symbol_stack.push(tokens[i].type); i++; } else if (action_type == 'r') { Production production = productions[action_param]; for (size_t j = 0; j < production.right.size(); j++) { state_stack.pop(); symbol_stack.pop(); } int top_state = state_stack.top(); TokenType top_symbol = symbol_stack.top(); if (goto_table.count({top_state, production.left}) == 0) { return false; } int next_state = goto_table[{top_state, production.left}]; state_stack.push(next_state); symbol_stack.push(production.left); } else if (action_type == 'a') { return true; } else { return false; } } return false; } int main() { calculateItemSets(); calculateTables(); cout << actionTableToString() << endl; cout << gotoTableToString() << endl; string expr; cout << "Enter an expression: "; cin >> expr; if (analyzeExpression(expr)) { vector<Token> tokens = expressionToTokens(expr); cout << "Result: " << calculate(tokens) << endl; } else { cout << "ERROR: Invalid expression!\n"; } return 0; } ``` 这里使用了一个简单的算数表达式语法,只包含加、减、乘、除和括号运算,并且没有考虑优先级和结合性。算法输出 ACTION 表和 GOTO 表,并且可以解析输入的表达式并计算其值。
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