自上而下语法分析 实验

自上而下语法分析是编译原理中的一个重要概念，它是一种基于文法规则的语法分析方法，用于检查程序语法结构是否正确。下面是自上而下语法分析实验的相关内容：

实验题目：自上而下语法分析

实验目的：通过设计、编制、调试一个典型的自上而下语法分析程序，实现对词法分析程序所提供的单词序列进行语法检查和结构分析，进一步掌握常用的语法分析方法。

实验内容：选择最有代表性的语法分析方法，如递归下降分析法、预测分析法；选择对各种常见程序语言都具备的语法结构，如赋值语句，特别是表达式，作为分析对象。

实验要求：编写PL/0语言的语法分析程序，实现对词法分析程序所提供的单词序列进行语法检查和结构分析。

输入输出：输入PL/0程序的单词序列，输出语法分析结果。

设计思想：自上而下语法分析是一种基于文法规则的语法分析方法，它从文法的开始符号开始，逐步推导出整个程序的语法结构。在实现自上而下语法分析时，可以选择递归下降分析法或预测分析法。

算法流程：自上而下语法分析的算法流程包括以下几个步骤：

1. 从文法的开始符号开始，逐步推导出整个程序的语法结构。
2. 根据文法规则，编写递归下降分析程序或预测分析程序。
3. 对输入的单词序列进行语法分析，检查语法结构是否正确。
4. 如果语法结构正确，输出语法分析结果；否则，输出错误信息。

源程序：自上而下语法分析的源程序可以使用C、C++、Java等编程语言编写。

调试数据：自上而下语法分析的调试数据可以使用PL/0程序的单词序列作为输入数据，检查语法分析程序的正确性。

相关问题

实验题目：设计实现自上而下语法分析器 实验内容： 根据文法：G:E->TE’ E’->+E|ε T->FT’ T’->T|ε F->PF’ F’->*F’|ε P->(E)|a|b|^ 写出对应的递归下降分析程序，分析输入串（正确或错误）；

实验题目涉及的是计算机科学中的编译原理领域，具体是设计一个自上而下的语法分析器，用于解析一种简单的算术表达式语言。该文法描述了基本的词法规则：

- `E` 代表整个表达式，可以由 `T` 和 `E'` 组成。
- `E'` 可能为空 (ε)，或者是一个加号 (`+`) 后跟另一个 `E`。
- `T` 由 `F` 和 `T'` 构成，类似地，`T'` 可以包含多次 `T` 或者为空。
- `F` 表示因子，可以是乘号 (`*`) 前后的 `F'`，或者圆括号包围的 `E`，或者是操作符 `a`、`b` 或 `^`。

自上而下的语法分析器，也称为递归下降分析器，通常会通过编写一系列的函数来处理这个文法，每个函数对应文法的一个非终结符。例如，对于 `E -> TE'` 这条规则，你可以写出一个名为 `parseExpression` 的函数，它会进一步调用 `parseTerm` 和 `parseTermAlt`。

下面给出一个简化的伪代码形式，实际编程时需要选择合适的编程语言，如 C++ 或 Python，并结合具体的上下文环境和数据结构：

def parseExpression(input):
    term = parseTerm(input)
    while input.startswith('+'):
        input = input[1:]
        term = add(term, parseTerm(input))
    return term

# 类似地，你可以为 T, F, 和 F' 定义递归函数...
def parseTerm(input):
    factor = parseFactor(input)
    while input.startswith('*'):
        input = input[1:]
        factor = multiply(factor, parseFactor(input))
    return factor

# ...以及其他的递归函数，比如 parseFactor 等

# 对于输入串，首先调用 parseExpression，如果整个过程返回成功，表示输入是有效的，否则表示错误。

完成上述分析后，你可以测试这个分析器是否能够正确识别和处理各种合法和非法的输入字符串。

bit编译原理语法分析实验

语法分析是编译原理中的重要环节，它的主要任务是将词法分析器输出的词法单元序列转换为语法分析树或语法分析图，以便于后续的语义分析和代码生成。语法分析器的实现方式有多种，其中最常用的是基于文法的自上而下的递归下降分析法和基于文法的自下而上的移进-归约分析法。

在本实验中，我们将使用C++语言实现一个简单的递归下降分析法的语法分析器，实现对类C语言的一个子集进行语法分析。该子集包含了整型变量声明、赋值语句、算术表达式、条件语句和循环语句等基本语法结构。

1. 文法定义

我们定义的子集语法规则如下：

<program> ::= <stmt_list>
<stmt_list> ::= <stmt> | <stmt> <stmt_list>
<stmt> ::= <decl_stmt> | <assign_stmt> | <if_stmt> | <while_stmt>
<decl_stmt> ::= int <id>;
<assign_stmt> ::= <id> = <expr>;
<if_stmt> ::= if (<condition>) <stmt>
<while_stmt> ::= while (<condition>) <stmt>
<condition> ::= <expr> <rel_op> <expr>
<expr> ::= <term> | <term> <add_op> <expr>
<term> ::= <factor> | <factor> <mult_op> <term>
<factor> ::= <int> | <id> | (<expr>)
<id> ::= <letter> | <id> <letter> | <id> <digit>
<int> ::= <digit> | <int> <digit>
<letter> ::= a | b | ... | z | A | B | ... | Z
<digit> ::= 0 | 1 | ... | 9
<add_op> ::= + | -
<mult_op> ::= * | /
<rel_op> ::= < | > | <= | >= | == | !=

其中，<program>是整个程序的入口，<stmt_list>表示语句列表，<stmt>表示语句，<decl_stmt>表示变量声明语句，<assign_stmt>表示赋值语句，<if_stmt>表示条件语句，<while_stmt>表示循环语句，<condition>表示条件表达式，<expr>表示算术表达式，<term>表示项，<factor>表示因子，<id>表示标识符，<int>表示整数常量，<letter>表示字母，<digit>表示数字，<add_op>表示加减运算符，<mult_op>表示乘除运算符，<rel_op>表示关系运算符。

2. 代码实现

在实现递归下降分析法的语法分析器时，我们需要实现对以上语法规则的递归下降分析函数，每个函数对应一个语法规则。

首先，我们需要定义一个词法分析器，用于将源代码转换为词法单元序列。在本实验中，我们将使用一个简单的词法分析器，它可以处理int关键字、标识符、整数常量、加减乘除运算符、关系运算符、左右括号和分号等词法单元。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <stdexcept>

using namespace std;

// 定义词法单元类型
enum TokenKind {
    TK_INT,     // int关键字
    TK_ID,      // 标识符
    TK_NUM,     // 整数常量
    TK_PLUS,    // +
    TK_MINUS,   // -
    TK_MUL,     // *
    TK_DIV,     // /
    TK_LT,      // <
    TK_GT,      // >
    TK_LE,      // <=
    TK_GE,      // >=
    TK_EQ,      // ==
    TK_NE,      // !=
    TK_LPAREN,  // (
    TK_RPAREN,  // )
    TK_SEMICOLON // ;
};

// 定义词法单元结构体
struct Token {
    TokenKind kind; // 词法单元类型
    string str;     // 词法单元字符串
};

// 定义词法分析器
class Lexer {
public:
    Lexer(const string& source) : src(source), pos(0) {}

    // 获取下一个词法单元
    Token getNextToken() {
        // 跳过空白字符
        while (isspace(src[pos])) pos++;

        // 处理数字
        if (isdigit(src[pos])) {
            string numStr;
            while (isdigit(src[pos])) {
                numStr += src[pos++];
            }
            return { TK_NUM, numStr };
        }

        // 处理标识符
        if (isalpha(src[pos])) {
            string idStr;
            while (isalnum(src[pos])) {
                idStr += src[pos++];
            }
            return { TK_ID, idStr };
        }

        // 处理运算符和括号
        switch (src[pos]) {
            case '+': pos++; return { TK_PLUS, "+" };
            case '-': pos++; return { TK_MINUS, "-" };
            case '*': pos++; return { TK_MUL, "*" };
            case '/': pos++; return { TK_DIV, "/" };
            case '<':
                if (src[pos + 1] == '=') {
                    pos += 2;
                    return { TK_LE, "<=" };
                } else {
                    pos++;
                    return { TK_LT, "<" };
                }
            case '>':
                if (src[pos + 1] == '=') {
                    pos += 2;
                    return { TK_GE, ">=" };
                } else {
                    pos++;
                    return { TK_GT, ">" };
                }
            case '=':
                if (src[pos + 1] == '=') {
                    pos += 2;
                    return { TK_EQ, "==" };
                } else {
                    throw runtime_error("invalid token");
                }
            case '!':
                if (src[pos + 1] == '=') {
                    pos += 2;
                    return { TK_NE, "!=" };
                } else {
                    throw runtime_error("invalid token");
                }
            case '(':
                pos++;
                return { TK_LPAREN, "(" };
            case ')':
                pos++;
                return { TK_RPAREN, ")" };
            case ';':
                pos++;
                return { TK_SEMICOLON, ";" };
            default:
                throw runtime_error("invalid token");
        }
    }

private:
    string src; // 源代码
    size_t pos; // 当前位置
};

接下来，我们依次实现递归下降分析函数。函数的实现方式为：首先获取当前词法单元，然后根据语法规则进行分析，如果符合规则则继续获取下一个词法单元，否则抛出异常。

class Parser {
public:
    Parser(const string& source) : lexer(source) {}

    // 解析程序
    void parseProgram() {
        parseStmtList();
    }

private:
    // 解析语句列表
    void parseStmtList() {
        parseStmt();
        Token token = lexer.getNextToken();
        if (token.kind != TK_SEMICOLON) {
            throw runtime_error("missing semicolon");
        }
        if (token.kind != TK_EOF) {
            parseStmtList();
        }
    }

    // 解析语句
    void parseStmt() {
        Token token = lexer.getNextToken();
        switch (token.kind) {
            case TK_INT:
                parseDeclStmt();
                break;
            case TK_ID:
                parseAssignStmt();
                break;
            case TK_IF:
                parseIfStmt();
                break;
            case TK_WHILE:
                parseWhileStmt();
                break;
            default:
                throw runtime_error("invalid statement");
        }
    }

    // 解析变量声明语句
    void parseDeclStmt() {
        Token token = lexer.getNextToken();
        if (token.kind != TK_ID) {
            throw runtime_error("missing identifier");
        }
        token = lexer.getNextToken();
        if (token.kind != TK_SEMICOLON) {
            throw runtime_error("missing semicolon");
        }
    }

    // 解析赋值语句
    void parseAssignStmt() {
        Token token = lexer.getNextToken();
        if (token.kind != TK_ASSIGN) {
            throw runtime_error("missing assignment operator");
        }
        parseExpr();
        token = lexer.getNextToken();
        if (token.kind != TK_SEMICOLON) {
            throw runtime_error("missing semicolon");
        }
    }

    // 解析条件语句
    void parseIfStmt() {
        Token token = lexer.getNextToken();
        if (token.kind != TK_LPAREN) {
            throw runtime_error("missing left parenthesis");
        }
        parseCondition();
        token = lexer.getNextToken();
        if (token.kind != TK_RPAREN) {
            throw runtime_error("missing right parenthesis");
        }
        parseStmt();
    }

    // 解析循环语句
    void parseWhileStmt() {
        Token token = lexer.getNextToken();
        if (token.kind != TK_LPAREN) {
            throw runtime_error("missing left parenthesis");
        }
        parseCondition();
        token = lexer.getNextToken();
        if (token.kind != TK_RPAREN) {
            throw runtime_error("missing right parenthesis");
        }
        parseStmt();
    }

    // 解析条件表达式
    void parseCondition() {
        parseExpr();
        Token token = lexer.getNextToken();
        switch (token.kind) {
            case TK_LT:
            case TK_GT:
            case TK_LE:
            case TK_GE:
            case TK_EQ:
            case TK_NE:
                parseExpr();
                break;
            default:
                throw runtime_error("missing relational operator");
        }
    }

    // 解析算术表达式
    void parseExpr() {
        parseTerm();
        Token token = lexer.getNextToken();
        while (token.kind == TK_PLUS || token.kind == TK_MINUS) {
            parseTerm();
            token = lexer.getNextToken();
        }
        lexer.ungetToken();
    }

    // 解析项
    void parseTerm() {
        parseFactor();
        Token token = lexer.getNextToken();
        while (token.kind == TK_MUL || token.kind == TK_DIV) {
            parseFactor();
            token = lexer.getNextToken();
        }
        lexer.ungetToken();
    }

    // 解析因子
    void parseFactor() {
        Token token = lexer.getNextToken();
        switch (token.kind) {
            case TK_NUM:
            case TK_ID:
                break;
            case TK_LPAREN:
                parseExpr();
                token = lexer.getNextToken();
                if (token.kind != TK_RPAREN) {
                    throw runtime_error("missing right parenthesis");
                }
                break;
            default:
                throw runtime_error("invalid factor");
        }
    }

private:
    Lexer lexer; // 词法分析器
};

3. 测试样例

我们编写以下测试样例，用于测试语法分析器的正确性。

int main() {
    string source = "int a; a = 1 + 2 * 3; if (a < 10) { a = a + 1; } while (a < 20) { a = a + 2; }";
    Parser parser(source);
    parser.parseProgram();
    return 0;
}

以上测试样例包含了变量声明、赋值语句、算术表达式、条件语句和循环语句等基本语法结构，用于测试语法分析器的正确性。

4. 总结

本实验通过实现一个简单的递归下降分析法的语法分析器，实现了对类C语言的一个子集进行语法分析。递归下降分析法是编译原理中最常用的语法分析方法之一，它的实现方式简单直观，易于理解和实现，但是它存在递归调用深度过大等问题，需要注意优化和调试。