用c++实现LR(1)分析法

时间: 2023-08-19 19:05:55 浏览: 57
LR(1)分析法是一种自底向上的语法分析算法,它可以对一定范围内的上下文无关文法进行分析。下面是用C++实现LR(1)分析法的基本步骤: 1. 定义文法,将其转换为LR(1)自动机 2. 构建LR(1)自动机的状态转换表 3. 读入输入串,依次进行状态转换 4. 如果最终状态为接受状态,说明输入串符合文法,否则不符合 下面是具体实现: ```c++ #include <iostream> #include <vector> #include <stack> #include <map> #include <string> using namespace std; // 定义文法符号类型 enum SymbolType { TERMINAL, // 终结符 NON_TERMINAL // 非终结符 }; // 定义文法符号 struct Symbol { SymbolType type; // 符号类型 string name; // 符号名称 }; // 定义产生式 struct Production { Symbol left; // 产生式左部 vector<Symbol> right; // 产生式右部 }; // 定义LR(1)自动机状态 struct LR1State { int id; // 状态ID map<Symbol, int> gotoTable; // GOTO表 map<Symbol, int> actionTable; // ACTION表 }; // 定义LR(1)自动机 class LR1Automaton { public: // 添加产生式 void addProduction(const Production& p); // 构建自动机 void build(); // 打印状态转换表 void printTable(); // 分析输入串 bool analyze(const string& input); private: // 获取文法符号 Symbol getSymbol(const string& name) const; // 获取状态ID int getStateId(const vector<LR1State>& states, const LR1State& state); // 获取闭包 vector<Production> closure(const vector<Production>& i); // 计算LR(1)自动机状态转换 LR1State gotoState(const LR1State& state, const Symbol& symbol); // 构建LR(1)自动机状态转换表 void buildTable(); // 获取符号的文法产生式 vector<Production> getProductions(const Symbol& symbol) const; // 获取符号的FIRST集 vector<Symbol> getFirst(const Symbol& symbol) const; // 获取符号串的FIRST集 vector<Symbol> getFirst(const vector<Symbol>& symbols) const; // 判断符号串是否包含ε bool containsEpsilon(const vector<Symbol>& symbols) const; // 判断符号是否为ε bool isEpsilon(const Symbol& symbol) const; // 判断符号是否为终结符 bool isTerminal(const Symbol& symbol) const; // 判断符号是否为非终结符 bool isNonTerminal(const Symbol& symbol) const; // 判断符号是否为同步符 bool isSync(const Symbol& symbol) const; // 获取符号的字符串表示 string getSymbolString(const Symbol& symbol) const; vector<Production> productions; // 产生式集合 vector<LR1State> states; // 自动机状态集合 map<int, Symbol> id2symbol; // 状态ID到符号的映射 map<Symbol, int> symbol2id; // 符号到状态ID的映射 map<pair<int, Symbol>, int> actionTable;// ACTION表 map<pair<int, Symbol>, int> gotoTable; // GOTO表 }; // 添加产生式 void LR1Automaton::addProduction(const Production& p) { productions.push_back(p); } // 构建自动机 void LR1Automaton::build() { // 初始化状态 int stateId = 0; vector<Production> startProductions = getProductions(getSymbol("S'")); vector<Production> startClosure = closure(startProductions); LR1State startState = { stateId++, {}, {} }; states.push_back(startState); for (const auto& p : startClosure) { if (p.right.empty()) { // 形如S'->S·的产生式 startState.actionTable[getSymbol("$")] = 0; // 接受 } else { Symbol nextSymbol = p.right.front(); if (isTerminal(nextSymbol)) { // 移进 startState.actionTable[nextSymbol] = stateId; } else { // GOTO startState.gotoTable[nextSymbol] = stateId; } } } // 构建状态集合 while (true) { bool added = false; for (int i = 0; i < states.size(); i++) { const auto& state = states[i]; for (const auto& p : productions) { if (p.left.name == id2symbol[state.id].name) { for (int j = 0; j <= p.right.size(); j++) { Symbol X = j < p.right.size() ? p.right[j] : getSymbol("ε"); LR1State nextState = gotoState(state, X); if (!nextState.actionTable.empty() || !nextState.gotoTable.empty()) { int nextStateId = getStateId(states, nextState); if (nextStateId == -1) { nextState.id = stateId++; states.push_back(nextState); added = true; nextStateId = nextState.id; } if (isTerminal(X)) { // 移进 state.actionTable[X] = nextStateId; } else { // GOTO state.gotoTable[X] = nextStateId; } } else { // 形如A->α·的产生式 for (const auto& actionSymbol : getFirst(X)) { if (!isEpsilon(actionSymbol)) { int actionStateId = -1; auto key = make_pair(state.id, actionSymbol); if (actionSymbol.type == TERMINAL && actionTable.count(key) == 0) { actionStateId = -2; // 错误 } else { actionStateId = actionTable[key]; } if (actionStateId >= 0) { // 移进/规约冲突 cout << "移进/规约冲突:" << id2symbol[actionSymbol].name << endl; } else if (actionStateId == -1) { // 规约 int productionId = -1; for (int k = 0; k < productions.size(); k++) { if (productions[k].left.name == id2symbol[state.id].name && productions[k].right == p.right) { productionId = k; break; } } if (productionId == -1) { cout << "内部错误" << endl; return; } actionTable[key] = -1 - productionId; } } } } } } } } if (!added) { break; } } // 构建状态转换表 buildTable(); } // 打印状态转换表 void LR1Automaton::printTable() { cout << "ACTION表:" << endl; cout << " "; for (const auto& p : id2symbol) { if (isTerminal(p.second)) { cout << getSymbolString(p.second); for (int i = 0; i < 5 - getSymbolString(p.second).size(); i++) { cout << " "; } } } cout << "$" << endl; for (int i = 0; i < states.size(); i++) { cout << i << " "; for (const auto& p : id2symbol) { if (isTerminal(p.second)) { auto key = make_pair(i, p.second); if (actionTable.count(key) != 0) { int value = actionTable[key]; if (value >= 0) { cout << "s" << value; } else { cout << "r" << -1 - value; } } else { cout << " "; } cout << " "; } } auto key = make_pair(i, getSymbol("$")); if (actionTable.count(key) != 0) { int value = actionTable[key]; if (value == 0) { cout << "acc"; } else { cout << " "; } } cout << endl; } cout << endl; cout << "GOTO表:" << endl; cout << " "; for (const auto& p : id2symbol) { if (isNonTerminal(p.second)) { cout << getSymbolString(p.second); for (int i = 0; i < 5 - getSymbolString(p.second).size(); i++) { cout << " "; } } } cout << endl; for (int i = 0; i < states.size(); i++) { cout << i << " "; for (const auto& p : id2symbol) { if (isNonTerminal(p.second)) { auto key = make_pair(i, p.second); if (gotoTable.count(key) != 0) { cout << gotoTable[key] << " "; } else { cout << " "; } } } cout << endl; } cout << endl; } // 分析输入串 bool LR1Automaton::analyze(const string& input) { stack<int> stateStack; stack<Symbol> symbolStack; stateStack.push(0); symbolStack.push(getSymbol("$")); int index = 0; while (!stateStack.empty()) { int stateId = stateStack.top(); Symbol symbol = getSymbol(string(1, input[index])); auto key = make_pair(stateId, symbol); if (isTerminal(symbol)) { // 移进操作 if (actionTable.count(key) == 0) { return false; // 错误 } int nextStateId = actionTable[key]; if (nextStateId < 0) { // 规约操作 int productionId = -1 - nextStateId; const auto& production = productions[productionId]; for (int i = 0; i < production.right.size(); i++) { stateStack.pop(); symbolStack.pop(); } Symbol leftSymbol = production.left; symbolStack.push(leftSymbol); auto gotoKey = make_pair(stateStack.top(), leftSymbol); if (gotoTable.count(gotoKey) == 0) { return false; // 错误 } int newStateId = gotoTable[gotoKey]; stateStack.push(newStateId); } else { // 移进操作 stateStack.push(nextStateId); symbolStack.push(symbol); index++; } } else { // GOTO操作 if (gotoTable.count(key) == 0) { return false; // 错误 } int nextStateId = gotoTable[key]; stateStack.push(nextStateId); symbolStack.push(symbol); } } return true; } // 获取文法符号 Symbol LR1Automaton::getSymbol(const string& name) const { if (symbol2id.count({ TERMINAL, name }) == 1) { return { TERMINAL, name }; } if (symbol2id.count({ NON_TERMINAL, name }) == 1) { return { NON_TERMINAL, name }; } Symbol symbol = { NON_TERMINAL, name }; symbol2id[symbol] = symbol2id.size(); id2symbol[symbol2id[symbol]] = symbol; return symbol; } // 获取状态ID int LR1Automaton::getStateId(const vector<LR1State>& states, const LR1State& state) { for (int i = 0; i < states.size(); i++) { if (states[i].gotoTable == state.gotoTable && states[i].actionTable == state.actionTable) { return i; } } return -1; } // 获取闭包 vector<Production> LR1Automaton::closure(const vector<Production>& i) { vector<Production> j = i; while (true) { bool added = false; for (int k = 0; k < j.size(); k++) { const auto& p = j[k]; Symbol B = p.right.empty() ? getSymbol("ε") : p.right.front(); if (isNonTerminal(B)) { vector<Symbol> beta(p.right.begin() + 1, p.right.end()); beta.push_back(getSymbol("ε")); vector<Symbol> A = getFirst(beta); for (const auto& a : A) { Production q = { B, beta }; if (find(j.begin(), j.end(), q) == j.end()) { j.push_back(q); added = true; } } } } if (!added) { break; } } return j; } // 计算LR(1)自动机状态转换 LR1State LR1Automaton::gotoState(const LR1State& state, const Symbol& symbol) { LR1State nextState = { -1, {}, {} }; for (const auto& p : state.actionTable) { if (p.first.name == symbol.name && p.second != 0) { cout << "移进/规约冲突:" << id2symbol[symbol].name << endl; return nextState; // 错误 } } for (const auto& p : state.gotoTable) { if (p.first.name == symbol.name) { nextState.gotoTable = gotoState(states[p.second], getSymbol("ε")).actionTable; } } vector<Production> i; for (const auto& p : state.actionTable) { if (p.second < 0) { // 规约操作 const auto& production = productions[-1 - p.second]; if (production.right.front().name == symbol.name) { i.push_back({ production.left, {}, production.right.begin() + 1, production.right.end() }); } } } nextState.id = getStateId(states, { -1, {}, {} }); nextState.actionTable.clear(); nextState.gotoTable.clear(); vector<Production> j = closure(i); for (const auto& p : j) { if (p.right.empty()) { // 形如S->·的产生式 nextState.actionTable[getSymbol("$")] = 0; // 接受 } else { Symbol nextSymbol = p.right.front(); if (isTerminal(nextSymbol)) { // 移进 nextState.actionTable[nextSymbol] = nextState.id; } else { // GOTO nextState.gotoTable[nextSymbol] = nextState.id; } } } return nextState; } // 构建LR(1)自动机状态转换表 void LR1Automaton::buildTable() { for (int i = 0; i < states.size(); i++) { const auto& state = states[i]; for (const auto& p : state.actionTable) { auto key = make_pair(i, p.first); actionTable[key] = p.second; } for (const auto& p : state.gotoTable) { auto key = make_pair(i, p.first); gotoTable[key] = p.second; } } } // 获取符号的文法产生式 vector<Production> LR1Automaton::getProductions(const Symbol& symbol) const { vector<Production> result; for (const auto& p : productions) { if (p.left.name == symbol.name) { result.push_back(p); } } return result; } // 获取符号的FIRST集 vector<Symbol> LR1Automaton::getFirst(const Symbol& symbol) const { vector<Symbol> result; if (isTerminal(symbol)) { result.push_back(symbol); } else { for (const auto& p : productions) { if (p.left.name == symbol.name) { vector<Symbol> beta(p.right.begin(), p.right.end()); vector<Symbol> betaFirst = getFirst(beta); result.insert(result.end(), betaFirst.begin(), betaFirst.end()); } } } return result; } // 获取符号串的FIRST集 vector<Symbol> LR1Automaton::getFirst(const vector<Symbol>& symbols) const { vector<Symbol> result; for (int i = 0; i < symbols.size(); i++) { const auto& symbol = symbols[i]; vector<Symbol> first = getFirst(symbol); result.insert(result.end(), first.begin(), first.end()); if (!containsEpsilon(first)) { break; } if (i == symbols.size() - 1) { result.push_back(getSymbol("ε")); } } return result; } // 判断符号串是否包含ε bool LR1Automaton::containsEpsilon(const vector<Symbol>& symbols) const { for (const auto& symbol : symbols) { if (!isEpsilon(symbol)) { return false; } } return true; } // 判断符号是否为ε bool LR1Automaton::isEpsilon(const Symbol& symbol) const { return symbol.name == "ε";

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