• 郑州大学编译原理实验四LR(0)分析算法JAVA


    实验四 LR分析方法的设计与实现(选做)

    一、实验目的

    通过LR分析方法的实现,加深对自下而上语法分析方法及语法分析程序自动生成过程的理解。

    二、实验要求

    输入上下文无关文法,对给定的输入串,给出其LR分析过程及正确与否的判断。
    1.参考数据结构
    typedef struct{/文法/
    char head;//产生式左部符号
    char b[20];//用于存放产生式
    int point;
    int lg;//产生式的长度
    }regular;
    typedef struct{
    int l; //文法数量
    int m; //vn 数量
    int n; //vt 数量
    regular re[20];
    nfinal vn[20];//非终结符
    final vt[20];//终结符
    }condition;
    condition cd[20];//项目
    regular first[20];//产生式
    2. 使用闭包函数(CLOSURE)和转换函数(GO(I,X))构造文法G’的LR(0)的项目集规范族。

    1. 构造LR(0)分析表

    2. LR分析算法描述

    5、对给定输入串输出其准确与否的分析过程。

    package StringToJAVA;
    
    import javafx.util.Pair;
    
    import java.io.BufferedReader;
    import java.io.File;
    import java.io.FileReader;
    import java.util.*;
    
    /**
     * @author [25'h]
     * @datetime 2022.11.03
     */
    public class LastReducing {
        public static List<Node> allNode = new ArrayList<>();
        public static String startLabel;//开始符
        public static ArrayList<String> terSymbol = new ArrayList<>();// 终结符
        public static ArrayList<String> non_ter = new ArrayList<>();// 非终结符
        public static HashMap<String, List<String>> formula = new HashMap<>();//产生式
        public static List<Pair<String, String>> formulaList = new ArrayList<>();// 所有的推导式子,使用Pair对象存储
        public static Integer[][] ACTION;// ACTION表格
        public static Boolean[][] SorRActionTable;// 判断ACTION表是状态还是文法式子序号
        public static Integer[][] GOTO;// GOTO表格
        public static String objString;// 目标串
        public static Node startNode;// LR分析表起始
        public static Stack<Integer> conStack = new Stack<>();// 状态栈
        public static Stack<String> subStack = new Stack<>();// 字符栈
    
        public static void main(String[] args) {
            File file = new File("src/StringToJAVA/test4.txt");
            BufferedReader bufferedReader;
            try {
                // 读取文法和目标式子
                bufferedReader = new BufferedReader(new FileReader(file));
                startLabel = bufferedReader.readLine();
                // 读取非终结符
                non_ter.addAll(Arrays.asList(bufferedReader.readLine().split(" ")));
    
                // 读取终结符
                terSymbol.addAll(Arrays.asList(bufferedReader.readLine().split(" ")));
                //将产生式右部或表达式分离
                String s;
                while ((s = bufferedReader.readLine()).contains("->")) {
                    String[] split = s.split("->");
                    String[] split1 = split[1].split("\\|");
                    formula.put(split[0], Arrays.asList(split1));// 存入formula中
                    // 再以Pair格式存储
                    for (String s1 : split1) {
                        formulaList.add(new Pair<>(split[0], s1));
                    }
                }
                objString = s;
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
    
            List<EachFormal> firstEachFormal = Collections.singletonList(new EachFormal(null, startLabel, -1));// 创建第一个分析表的头
            startNode = generateNode(firstEachFormal);//生成分析表,返回开始表表格
            // 根据状态初始化辅助表大小
            ACTION = new Integer[allNode.size()][terSymbol.size() + 1];
            SorRActionTable = new Boolean[allNode.size() + 1][terSymbol.size() + 1];
            GOTO = new Integer[allNode.size() + 1][non_ter.size()];
    
            generateActionGotoTable();// 生成分析表
            show();// 显示分析表和文法
            reducing();// 归约
        }
    
        private static void reducing() {
            terSymbol.add("#");// ACTION中列有#
            //stack初始值
            conStack.push(allNode.indexOf(startNode));
            subStack.push("#");
            int index = 0;
            String sub;
            // 若不为-1表示没结束
            while (ACTION[conStack.peek()][terSymbol.indexOf((sub = objString.substring(index, index + 1)))] != -1) {
                showTwoStack();// 显示
                // 状态变化
                if (SorRActionTable[conStack.peek()][terSymbol.indexOf(sub)]) {
                    conStack.push(ACTION[conStack.peek()][terSymbol.indexOf(sub)]);
                    subStack.push(sub);
                    index++;
                    //使用归约
                } else if (!SorRActionTable[conStack.peek()][terSymbol.indexOf(sub)]) {
                    Pair<String, String> pair = formulaList.get(ACTION[conStack.peek()][terSymbol.indexOf(sub)]);
                    String value = pair.getValue();
                    StringBuffer buffer = new StringBuffer();
                    // 将栈中作为右部,使用左部代替
                    for (int i = 0; i < value.length(); i++) {
                        buffer.insert(0, subStack.pop());
                        conStack.pop();
                    }
                    if (!value.equals(buffer.toString())) {
                        throw new RuntimeException("错误");
                    }
                    // 使用左部代替
                    subStack.push(pair.getKey());
                    conStack.push(GOTO[conStack.peek()][non_ter.indexOf(pair.getKey())]);
    
                }
            }
            showTwoStack();
        }
    
        private static void showTwoStack() {
            conStack.forEach(System.out::print);
            System.out.printf("%-20s", "");
            subStack.forEach(System.out::print);
            System.out.println();
        }
    
        // 生产分析表
        private static void generateActionGotoTable() {
            for (int i = 0; i < allNode.size(); i++) {
                HashMap<String, Node> nodeToNode = allNode.get(i).nodeToNode;
                // 若是没有后续节点,就属于该使用推导式进行归约了
                if (nodeToNode.size() == 0) {
                    // 取出该节点的推导式
                    EachFormal eachFormal = allNode.get(i).nodeList.get(0);
                    // 判断这个推导式在formulaList的索引k
                    int k;
                    for (k = 0; k < formulaList.size(); k++) {
                        Pair<String, String> pair = formulaList.get(k);
                        if (pair.getKey().equals(eachFormal.left) && pair.getValue().equals(eachFormal.right)) {
                            break;
                        }
                    }
                    // 讲第k行写上用eachFormal进行归约,使用索引k代替
                    for (int m = 0; m < terSymbol.size() + 1; m++) {
                        ACTION[i][m] = k;
                        SorRActionTable[i][m] = false;
                    }
                    continue;
                }
                // 有后续节点
                for (String s : nodeToNode.keySet()) {
                    // 若终结符,使用ACTION
                    if (terSymbol.contains(s)) {
                        int k = terSymbol.indexOf(s);
                        ACTION[i][k] = allNode.indexOf(nodeToNode.get(s));
                        SorRActionTable[i][k] = true;
                    } else {// 若非终结符,使用GOTO
                        int k = non_ter.indexOf(s);
                        GOTO[i][k] = allNode.indexOf(nodeToNode.get(s));
                    }
                }
            }
            //找一下出口,出口中的推导式第左边是null,因为一开始我定义的分析表的头左就是null,并且index需要是最后的
            for (int i = 0; i < allNode.size(); i++) {
                for (EachFormal eachFormal : allNode.get(i).nodeList) {
                    if (eachFormal.left == null && eachFormal.right.length() == eachFormal.index) {
                        ACTION[i][terSymbol.size()] = -1;
                        break;
                    }
                }
            }
        }
    
    
        private static List<EachFormal> trickBack(String curS) {
            ArrayList<EachFormal> resList = new ArrayList<>();
            List<String> list = formula.get(curS);// 获取推导式左为curS的式子
            for (String s : list) {
                String sub = s.substring(0, 1);
                resList.add(new EachFormal(curS, s, 0));
                // 首字母为非终结符继续扩展,不能是本身,否则会栈溢出
                if ((non_ter.contains(sub) && !sub.equals(curS))) {
                    resList.addAll(trickBack(sub));
                }
            }
            return resList;
        }
    
        private static Node generateNode(List<EachFormal> startFormal) {
            ArrayList<EachFormal> temp = new ArrayList<>();
            // 点向前移动一个符号,下一个符号必为startFormal,因为调用前会判断
            for (EachFormal eachFormal : startFormal) {
                temp.add(new EachFormal(eachFormal).addIndex());// 不能直接修改,应该用克隆对象
            }
            Node resNode = new Node();
            List<EachFormal> nodeList = resNode.nodeList;
            // 对于每个传入的推到式,进行扩展,只有下一个为非终结符时才会扩展
            for (EachFormal eachFormal : temp) {
                String right = eachFormal.right;
                nodeList.add(new EachFormal(eachFormal));
                if (eachFormal.index >= right.length()) {// 若已经是推导式结尾,跳过
                    continue;
                }
                String sub = right.substring(eachFormal.index, eachFormal.index + 1);
                // 若是终结符,或者和当前推导式左相同,那么跳过
                if (terSymbol.contains(sub) || sub.equals(eachFormal.left)) {
                    continue;
                }
                //是非终结符进行扩展
                List<EachFormal> list = trickBack(sub);
                nodeList.addAll(list);
            }
            // 若生成的Node已经存在,那么不需要创建这个新的Node节点了
            Node node1 = hasExitedNode(resNode);
            if (node1 != resNode) {
                // 已经存在,没必要进行后续链接
                return hasExitedNode(node1);
            }
            // 进行Node节点之间的后续生产和节点链接
            HashMap<String, List<EachFormal>> tempHashMap = new HashMap<>();
            // 判断点后的符号有几种,进而确定该节点有几条分支
            for (EachFormal eachFormal : nodeList) {
                String right = eachFormal.right;
                if (eachFormal.index >= right.length()) continue;
                // 取出紧接符号
                String sub = right.substring(eachFormal.index, eachFormal.index + 1);
                // 将紧接符号相同推导式的进入一组
                if (tempHashMap.containsKey(sub)) {
                    List<EachFormal> eachFormals = tempHashMap.get(sub);
                    eachFormals.add(eachFormal);
                } else {
                    List<EachFormal> objects = new ArrayList<>();
                    objects.add(eachFormal);
                    tempHashMap.put(sub, objects);
                }
            }
            //对于每一个分支进行新Node节点的生产
            for (String s : tempHashMap.keySet()) {
                Node node = generateNode(tempHashMap.get(s));
                resNode.nodeToNode.put(s, node);
            }
            // 返回生产节点,用于节点之间的链接
            return resNode;
        }
    
        // 若allNode中已经存在同形式cur,就合并成一个
        public static Node hasExitedNode(Node cur) {
            for (Node node : allNode) {
                if (node.equals(cur)) return node;
            }
            allNode.add(cur);// 不存在,就记录下来
            return cur;
        }
    
        public static void show() {
            System.out.println("文法:");
            System.out.println(Arrays.toString(non_ter.toArray()));
            System.out.println(Arrays.toString(terSymbol.toArray()));
            for (String ss : formula.keySet()) {
                System.out.println(ss + "\t" + Arrays.toString(formula.get(ss).toArray()));
            }
            System.out.println("\nACTION GOTO:");
            System.out.printf("%-4s%-30s%s\n", "", Arrays.toString(terSymbol.toArray()), Arrays.toString(non_ter.toArray()));
            for (int i = 0; i < allNode.size(); i++) {
                System.out.printf("%-4s%-30s %s\n", i, Arrays.toString(ACTION[i]), Arrays.toString(GOTO[i]));
            }
            System.out.println();
    
        }
    }
    
    /**
     * 节点类
     */
    class Node {
        List<EachFormal> nodeList = new ArrayList<>();// 推导式的集合,每个推导式中存在点的位置
        HashMap<String, Node> nodeToNode = new HashMap<>();//节点之间的连接
    
        // 用于节点之间相同的判断
        @Override
        public boolean equals(Object o) {
            if (this == o) return true;
            if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
            Node node = (Node) o;
            if (nodeList.size() != node.nodeList.size()) {
                return false;
            }
            for (EachFormal formal : nodeList) {
                if (!node.nodeList.contains(formal)) {
                    return false;
                }
            }
            return true;
        }
    
        @Override
        public int hashCode() {
            return Objects.hash(nodeList, nodeToNode);
        }
    
        @Override
        public String toString() {
            StringBuffer buffer = new StringBuffer();
            for (EachFormal eachFormal : nodeList) {
                buffer.append(eachFormal.toString()).append("\n");
            }
            return buffer.toString();
        }
    }
    
    /**
     * 推导式及点的位置
     */
    class EachFormal {
        String left;//推导式左
        String right;// 推导式右
        int index;// 点位置,一开始是0
    
        public EachFormal(String _l, String _r, int _i) {
            left = _l;
            right = _r;
            index = _i;
        }
    
        /**
         * 克隆对象,懒得实现克隆类了
         */
        public EachFormal(EachFormal eachFormal) {
            left = eachFormal.left;
            right = eachFormal.right;
            index = eachFormal.index;
        }
    
        public EachFormal addIndex() {
            index++;
            return this;
        }
    
        @Override
        public boolean equals(Object o) {
            if (this == o) return true;
            if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
            EachFormal that = (EachFormal) o;
            return index == that.index &&
                    Objects.equals(left, that.left) &&
                    Objects.equals(right, that.right);
        }
    
        @Override
        public int hashCode() {
            return Objects.hash(left, right, index);
        }
    
        @Override
        public String toString() {
            return "EachFormal{" +
                    "left='" + left + '\'' +
                    ", right='" + right + '\'' +
                    ", index=" + index +
                    '}';
        }
    }
    
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    text4.txt

    E
    E T
    + ( ) a
    E->E+T|T
    T->(E)|a
    (a)+a#
    
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    输出结果:

    "D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\bin\java.exe" "-javaagent:D:\IntelliJ IDEA 2020.1\lib\idea_rt.jar=59011:D:\IntelliJ IDEA 2020.1\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\charsets.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\deploy.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\cldrdata.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\dnsns.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\jaccess.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\jfxrt.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\localedata.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\nashorn.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\sunec.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\zipfs.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\javaws.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\jce.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\jfr.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\jfxswt.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\jsse.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\management-agent.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\plugin.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\resources.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\rt.jar;D:\code_management\algorithm\out\production\algorithm" StringToJAVA.LastReducing
    文法:
    [E, T]
    [+, (, ), a]
    T	[(E), a]
    E	[E+T, T]
    
    ACTION GOTO:
        [+, (, ), a]                  [E, T]
    0   [null, 6, null, 1, null]       [3, 2]
    1   [3, 3, 3, 3, 3]                [null, null]
    2   [1, 1, 1, 1, 1]                [null, null]
    3   [4, null, null, null, -1]      [null, null]
    4   [null, 6, null, 1, null]       [null, 5]
    5   [0, 0, 0, 0, 0]                [null, null]
    6   [null, 6, null, 1, null]       [7, 2]
    7   [4, null, 8, null, null]       [null, null]
    8   [2, 2, 2, 2, 2]                [null, null]
    
    0                    #
    06                    #(
    061                    #(a
    062                    #(T
    067                    #(E
    0678                    #(E)
    02                    #T
    03                    #E
    034                    #E+
    0341                    #E+a
    0345                    #E+T
    03                    #E
    
    Process finished with exit code 0
    
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