編譯原理課件 語法分析-自下而上-LR(0)項(xiàng)目集規(guī)范族的

LR(0)項(xiàng)目集規(guī)范族的構(gòu)建LR(0)項(xiàng)目集規(guī)范族是LR分析器構(gòu)建的基礎(chǔ)。它用于確定語法分析過程中可能出現(xiàn)的任何狀態(tài)，以及每個(gè)狀態(tài)可以執(zhí)行的操作。編譯器的基本結(jié)構(gòu)詞法分析器識別詞法單元語法分析器檢查語法正確性語義分析器檢查語義正確性中間代碼生成器生成中間代碼語法分析的方法自上而下從文法的開始符號出發(fā)，逐步向下推導(dǎo)，直到匹配輸入符號串。自下而上從輸入符號串開始，逐步向上歸約，直到歸約到文法的開始符號。其他方法包括表格驅(qū)動(dòng)分析、遞歸下降分析等，用于分析特定類型的語法結(jié)構(gòu)。自下而上的分析方法自下而上分析從輸入符號開始，逐步進(jìn)行語法分析，最終構(gòu)建出語法樹。分析過程類似于從樹的葉子節(jié)點(diǎn)向上構(gòu)建樹結(jié)構(gòu)，因此稱為自下而上分析。特點(diǎn)它是一種直接利用輸入符號進(jìn)行語法分析的方法，效率較高。廣泛應(yīng)用于編譯器設(shè)計(jì)，特別是在處理復(fù)雜語法結(jié)構(gòu)時(shí)。自下而上分析的基本過程1識別輸入符號從左到右逐個(gè)讀取輸入符號。2構(gòu)建句柄根據(jù)語法規(guī)則，將識別到的符號組合成句柄。3規(guī)約句柄將句柄用相應(yīng)的語法規(guī)則替換。4重復(fù)上述過程直到輸入串被完全規(guī)約成起始符號。自下而上分析過程從輸入符號開始，逐步構(gòu)建句柄，并使用語法規(guī)則進(jìn)行規(guī)約，最終將輸入串規(guī)約成文法的起始符號。LR(0)項(xiàng)目LR(0)項(xiàng)目是LR分析方法中重要的概念。LR(0)項(xiàng)目代表了語法分析過程中某一狀態(tài)下的文法符號和待匹配的輸入符號信息。每個(gè)項(xiàng)目包含一個(gè)文法規(guī)則和一個(gè)點(diǎn)標(biāo)記。點(diǎn)標(biāo)記指示當(dāng)前分析狀態(tài)已匹配的符號，以及待匹配的輸入符號。通過構(gòu)建LR(0)項(xiàng)目集規(guī)范族，我們可以構(gòu)建LR(0)自動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)自下而上的語法分析。LR(0)項(xiàng)目集LR(0)項(xiàng)目集是包含所有LR(0)項(xiàng)目的一個(gè)集合。每個(gè)LR(0)項(xiàng)目代表了語法分析過程中可能出現(xiàn)的分析狀態(tài)。每個(gè)LR(0)項(xiàng)目集包含了一組LR(0)項(xiàng)目，這些項(xiàng)目代表了語法分析器在當(dāng)前狀態(tài)下可能遇到的所有情況。LR(0)項(xiàng)目集是LR(0)分析器的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它用于構(gòu)建LR(0)自動(dòng)機(jī)和LR(0)分析表。LR(0)項(xiàng)目集的構(gòu)建過程是LR(0)分析器的關(guān)鍵步驟，它決定了LR(0)分析器的效率和正確性。LR(0)項(xiàng)目集的構(gòu)建方法1初始項(xiàng)目集初始項(xiàng)目集包含一個(gè)項(xiàng)目，即文法的開始符號后面跟一個(gè)點(diǎn)，表示分析開始狀態(tài)。2閉包操作閉包操作用于找到所有與當(dāng)前項(xiàng)目集相關(guān)的項(xiàng)目，包括通過產(chǎn)生式推導(dǎo)出的項(xiàng)目。3擴(kuò)展操作擴(kuò)展操作將當(dāng)前項(xiàng)目集中的項(xiàng)目中的點(diǎn)移到下一個(gè)符號，生成新的項(xiàng)目集。4重復(fù)操作重復(fù)操作用于構(gòu)建新的項(xiàng)目集，直到不再有新的項(xiàng)目產(chǎn)生。LR(0)自動(dòng)機(jī)LR(0)自動(dòng)機(jī)是一種狀態(tài)機(jī)，它使用LR(0)項(xiàng)目集規(guī)范族來識別句子的語法結(jié)構(gòu)。每個(gè)狀態(tài)對應(yīng)一個(gè)LR(0)項(xiàng)目集，每個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換對應(yīng)一個(gè)輸入符號。LR(0)自動(dòng)機(jī)能夠識別所有LR(0)文法。LR(0)自動(dòng)機(jī)可以用來實(shí)現(xiàn)自下而上的語法分析器。它通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換來模擬語法分析的過程，并使用狀態(tài)集來識別語法結(jié)構(gòu)。LR(0)分析表的構(gòu)建狀態(tài)集LR(0)分析表的第一行和第一列分別對應(yīng)狀態(tài)集和終結(jié)符/非終結(jié)符。動(dòng)作根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和輸入符號，分析表中填寫“移進(jìn)”或“歸約”操作。狀態(tài)轉(zhuǎn)換分析表中填寫“移進(jìn)”操作時(shí)，會指定下一個(gè)狀態(tài)，即狀態(tài)轉(zhuǎn)換。歸約分析表中填寫“歸約”操作時(shí)，會指定歸約的產(chǎn)生式和歸約后的狀態(tài)。接受分析表中填寫“接受”操作表示分析成功，輸入串被識別。LR(0)分析算法1初始化將狀態(tài)棧置為空，輸入緩沖區(qū)指向輸入串的第一個(gè)符號。2分析根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和輸入符號，查分析表，得到動(dòng)作。3執(zhí)行動(dòng)作執(zhí)行移進(jìn)或規(guī)約動(dòng)作，更新狀態(tài)棧和輸入緩沖區(qū)。4結(jié)束當(dāng)輸入緩沖區(qū)為空且狀態(tài)棧中只有一個(gè)狀態(tài)時(shí)，分析成功。LR(0)分析器的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使用棧存儲分析過程中的狀態(tài)信息，使用輸入緩沖區(qū)存儲待分析的輸入字符串。分析過程根據(jù)LR(0)分析表和當(dāng)前狀態(tài)，從輸入緩沖區(qū)中讀取下一個(gè)符號，并根據(jù)分析表中的動(dòng)作進(jìn)行相應(yīng)的操作，例如移動(dòng)、歸約或接受。錯(cuò)誤處理當(dāng)遇到分析表中沒有定義的動(dòng)作或輸入符號不匹配時(shí)，進(jìn)行錯(cuò)誤處理，并輸出錯(cuò)誤信息。代碼實(shí)現(xiàn)可以使用C、C++、Java等編程語言實(shí)現(xiàn)LR(0)分析器，并進(jìn)行測試。LR(0)分析器的特點(diǎn)和局限性11.優(yōu)點(diǎn)LR(0)分析器結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。它能識別大多數(shù)上下文無關(guān)文法，且分析速度較快。22.局限性LR(0)分析器只能識別那些沒有移進(jìn)-規(guī)約沖突的文法，而很多實(shí)際的文法都包含這類沖突。33.適用范圍LR(0)分析器適用于處理相對簡單的文法，如簡單的表達(dá)式或語句結(jié)構(gòu)。44.擴(kuò)展為了處理更復(fù)雜的文法，需要使用更強(qiáng)大的分析方法，如LR(1)或LALR(1)分析法。增廣文法增廣文法是將一個(gè)新的開始符號S'添加到原文法的非終結(jié)符集合中，并添加一個(gè)新的產(chǎn)生式S'→S，其中S為原文法的開始符號。目的是簡化語法分析過程，使分析器能夠識別輸入字符串是否符合文法的開始符號。LR(1)項(xiàng)目項(xiàng)目集LR(1)項(xiàng)目是指一個(gè)項(xiàng)目，以及一個(gè)向前看符號。向前看符號是在當(dāng)前狀態(tài)下，可能出現(xiàn)的下一個(gè)輸入符號。項(xiàng)目集構(gòu)建LR(1)項(xiàng)目集的構(gòu)建過程類似于LR(0)項(xiàng)目集的構(gòu)建過程，但需要考慮向前看符號。項(xiàng)目集的應(yīng)用LR(1)項(xiàng)目集用于構(gòu)建LR(1)分析表，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)LR(1)分析算法。LR(1)項(xiàng)目集LR(1)項(xiàng)目集的定義LR(1)項(xiàng)目集是LR(1)分析方法的基礎(chǔ)，它包含了所有可能在給定輸入符號下出現(xiàn)的LR(1)項(xiàng)目的集合。LR(1)項(xiàng)目集的構(gòu)建LR(1)項(xiàng)目集的構(gòu)建過程是基于文法和LR(1)項(xiàng)目的，它涉及到對項(xiàng)目集的擴(kuò)展和合并操作。LR(1)項(xiàng)目集的應(yīng)用LR(1)項(xiàng)目集在LR(1)分析器的構(gòu)建中起著至關(guān)重要的作用，它用于確定狀態(tài)機(jī)中的狀態(tài)和轉(zhuǎn)移函數(shù)。LR(1)項(xiàng)目集構(gòu)建方法1初始狀態(tài)創(chuàng)建第一個(gè)LR(1)項(xiàng)目集，包含所有初始狀態(tài)的LR(1)項(xiàng)目。這些項(xiàng)目對應(yīng)于文法開始符號的第一個(gè)產(chǎn)生式，并將每個(gè)項(xiàng)目與預(yù)期的輸入符號一起存儲，以指示分析的上下文。2閉包運(yùn)算對每個(gè)項(xiàng)目集應(yīng)用閉包運(yùn)算，添加所有可到達(dá)的項(xiàng)目。這意味著如果項(xiàng)目集中包含一個(gè)項(xiàng)目，且該項(xiàng)目包含一個(gè)非終結(jié)符，則需要添加所有以該非終結(jié)符為左部的產(chǎn)生式，并將這些產(chǎn)生式與相應(yīng)的查看符號一起存儲。3轉(zhuǎn)移函數(shù)定義一個(gè)轉(zhuǎn)移函數(shù)，它根據(jù)當(dāng)前項(xiàng)目集和輸入符號，確定下一個(gè)狀態(tài)。轉(zhuǎn)移函數(shù)使用每個(gè)項(xiàng)目的查看符號來確定轉(zhuǎn)移到哪個(gè)項(xiàng)目集。如果在項(xiàng)目集中沒有與當(dāng)前輸入符號匹配的查看符號，則該轉(zhuǎn)移函數(shù)將無法到達(dá)下一個(gè)狀態(tài)。LR(1)自動(dòng)機(jī)LR(1)自動(dòng)機(jī)是一種有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)，用于識別LR(1)文法。它接受一個(gè)LR(1)項(xiàng)目集規(guī)范族作為輸入，并構(gòu)建一個(gè)狀態(tài)機(jī)，其中每個(gè)狀態(tài)對應(yīng)一個(gè)LR(1)項(xiàng)目集。狀態(tài)機(jī)中包含轉(zhuǎn)移函數(shù)和動(dòng)作函數(shù)，分別用于確定下一個(gè)狀態(tài)和動(dòng)作。LR(1)分析表的構(gòu)建1創(chuàng)建項(xiàng)目集規(guī)范族2建立狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)3構(gòu)建分析表LR(1)分析表是一個(gè)表格，它記錄了每個(gè)狀態(tài)下遇到不同輸入符號應(yīng)該執(zhí)行的操作。分析表是通過LR(1)自動(dòng)機(jī)構(gòu)建的。LR(1)分析算法1獲取輸入符號從輸入流中讀取下一個(gè)符號2查找分析表根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和輸入符號找到分析表中的對應(yīng)動(dòng)作3執(zhí)行動(dòng)作根據(jù)分析表中的動(dòng)作執(zhí)行相應(yīng)的操作，例如移進(jìn)、歸約、接受或報(bào)錯(cuò)4更新狀態(tài)根據(jù)動(dòng)作更新當(dāng)前狀態(tài)LR(1)分析算法是一種自下而上的語法分析方法，它通過構(gòu)建LR(1)分析表來指導(dǎo)分析過程。分析表中包含了對每個(gè)狀態(tài)和輸入符號的分析動(dòng)作，例如移進(jìn)、歸約、接受或報(bào)錯(cuò)。在分析過程中，算法會根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和輸入符號查找到分析表中的對應(yīng)動(dòng)作，并執(zhí)行相應(yīng)的操作。通過不斷重復(fù)這個(gè)過程，直到分析成功或發(fā)生錯(cuò)誤。LR(1)分析器的實(shí)現(xiàn)LR(1)分析器是編譯器的重要組成部分，它負(fù)責(zé)將源代碼解析成語法樹。實(shí)現(xiàn)LR(1)分析器需要完成多個(gè)步驟。1構(gòu)建LR(1)分析表根據(jù)LR(1)項(xiàng)目集構(gòu)建分析表，用于指導(dǎo)分析過程。2實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)根據(jù)分析表，用程序?qū)崿F(xiàn)狀態(tài)機(jī)，控制分析過程。3處理輸入符號狀態(tài)機(jī)根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和輸入符號，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。4生成語法樹分析器根據(jù)分析過程，生成語法樹，用于后續(xù)的語義分析。LR(1)分析器需要考慮多種情況，如錯(cuò)誤處理、符號表管理等。通過選擇合適的編程語言和設(shè)計(jì)良好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以提高分析器的效率和健壯性。LR(1)分析器的特點(diǎn)和應(yīng)用準(zhǔn)確性LR(1)分析器能夠識別更廣泛的語法結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)語法分析的準(zhǔn)確性。效率LR(1)分析器具有較高的效率，可以快速準(zhǔn)確地完成語法分析。靈活性LR(1)分析器適用于多種編程語言，在實(shí)際應(yīng)用中具有較高的靈活性。自動(dòng)化LR(1)分析器可以通過工具自動(dòng)生成，簡化了語法分析器的開發(fā)過程。SLR(1)文法SLR(1)文法是一種特殊的LR(1)文法，它是一種上下文無關(guān)文法，具有易于分析的特點(diǎn)。SLR(1)文法在語法分析中被廣泛應(yīng)用，因?yàn)樗梢酝ㄟ^簡單的LR(1)自動(dòng)機(jī)來識別，并使用簡單的SLR(1)分析表進(jìn)行解析。SLR(1)文法的特點(diǎn)在于它可以通過查看當(dāng)前狀態(tài)和下一個(gè)輸入符號來決定下一步動(dòng)作，它不需要使用任何額外的信息。這使得SLR(1)文法比LR(1)文法更容易實(shí)現(xiàn)，并且可以更高效地進(jìn)行語法分析。SLR(1)項(xiàng)目SLR(1)項(xiàng)目是LR(0)項(xiàng)目的擴(kuò)展，包含了展望信息。在每個(gè)LR(0)項(xiàng)目中，添加一個(gè)展望符號，用于記錄當(dāng)前項(xiàng)目狀態(tài)下，下一個(gè)可能的輸入符號。展望符號可以幫助解決LR(0)分析器中遇到的某些沖突情況，提高語法分析的效率和準(zhǔn)確性。SLR(1)項(xiàng)目集構(gòu)建方法1項(xiàng)目集的初始狀態(tài)首先，創(chuàng)建一個(gè)初始項(xiàng)目集，包含所有以起始符號為左部的項(xiàng)目，以及所有以ε為右部的項(xiàng)目。2狀態(tài)的擴(kuò)展然后，對每個(gè)項(xiàng)目集進(jìn)行擴(kuò)展，對于每個(gè)項(xiàng)目集中的項(xiàng)目，計(jì)算該項(xiàng)目的所有可能的后續(xù)項(xiàng)目，并將這些項(xiàng)目加入新的項(xiàng)目集中。3項(xiàng)目集的規(guī)范化最后，對每個(gè)項(xiàng)目集進(jìn)行規(guī)范化，刪除重復(fù)的項(xiàng)目和無法到達(dá)的項(xiàng)目。SLR(1)自動(dòng)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖SLR(1)自動(dòng)機(jī)由狀態(tài)集和轉(zhuǎn)移函數(shù)構(gòu)成，它可以用來識別文法的句柄。有限狀態(tài)機(jī)SLR(1)自動(dòng)機(jī)本質(zhì)上是一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)，它在狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移時(shí)會根據(jù)輸入符號和當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行判斷。編譯器的關(guān)鍵部分SLR(1)自動(dòng)機(jī)是編譯器中語法分析器的核心部分，它負(fù)責(zé)識別輸入代碼中的句法結(jié)構(gòu)。SLR(1)分析表的構(gòu)建1狀態(tài)集從LR(0)項(xiàng)目集規(guī)范族開始2動(dòng)作表對應(yīng)每個(gè)狀態(tài)集的移進(jìn)、歸約或接受動(dòng)作3GOTO表對應(yīng)每個(gè)狀態(tài)集的轉(zhuǎn)換SLR(1)分析表構(gòu)建過程需要考慮狀態(tài)集、動(dòng)作表和GOTO表。首先，從LR(0)項(xiàng)目集規(guī)范族開始，創(chuàng)建狀態(tài)集。然后，根據(jù)LR(0)項(xiàng)目集規(guī)范族，構(gòu)建動(dòng)作表，用于確定每個(gè)狀態(tài)集對應(yīng)每個(gè)輸入符號的移進(jìn)、歸約或接受動(dòng)作。最后，構(gòu)建GOTO表，用于記錄每個(gè)狀態(tài)集在讀入不同輸入符號后的轉(zhuǎn)換。SLR(1)分析算法初始化將輸入符號串置于輸入緩沖區(qū)，并將分析棧置為空棧，初始狀態(tài)為狀態(tài)0。分析過程根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和輸入符號，查找SLR(1)分析表，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。動(dòng)作可以是移進(jìn)、歸約、接受或錯(cuò)誤。移進(jìn)將輸入符號移進(jìn)分析棧，并將狀態(tài)棧頂指針移動(dòng)到下一個(gè)狀態(tài)。歸約將棧頂符號序列歸約為非終結(jié)符，并根據(jù)歸約規(guī)則更新狀態(tài)棧和輸入緩沖區(qū)。接受當(dāng)輸入緩沖區(qū)為空且狀態(tài)棧頂為初始狀態(tài)時(shí)，分析成功。錯(cuò)誤如果在分析過程中遇到錯(cuò)誤，則輸出錯(cuò)誤信息并停止分析。SLR(1)分析器的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建狀態(tài)機(jī)根據(jù)SLR(1)項(xiàng)目集規(guī)范族構(gòu)建狀態(tài)機(jī)，每個(gè)狀態(tài)對應(yīng)一個(gè)項(xiàng)目集，狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換根據(jù)分析表定義。構(gòu)建分析表根據(jù)SLR(1)項(xiàng)目集規(guī)范族和狀態(tài)機(jī)構(gòu)建分析表，每個(gè)狀態(tài)對應(yīng)分析表的一行，包含動(dòng)作和轉(zhuǎn)向兩個(gè)部分。編寫代碼基于狀態(tài)機(jī)和分析表編寫SLR(1)分析器的代碼，實(shí)現(xiàn)對輸入字符串的分析和語法樹的生成。測試驗(yàn)證使用測試用例對SLR(1)分析器進(jìn)行測試，驗(yàn)證其正確性和效率。SLR(1)分析器的特點(diǎn)和應(yīng)用11.效率高SLR(1)分析器比LR(0)分析器更加高效，能處理更多種類的語法。它能夠識別更大的文法類，這意味著它可以用于解析更復(fù)雜的編程語言。22.實(shí)現(xiàn)簡單SLR(1)分析器的構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)比LR(1)分析器更加容易。它比LR(1)分析器更易于實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槠錁?gòu)造過程相對簡單。33.廣泛應(yīng)用SLR(1)分析器廣泛用于各種編譯器和解釋器，例如C、Pascal等語言的編譯器。44.限制SLR(1)分析器也有其限制，例如它不能處理所有的LR(1)文法。LALR(1)文法LALR(1)文法是實(shí)際應(yīng)用中使用最廣泛的文法類型之一。它結(jié)合了LR(0)文法和LR(1)文法的優(yōu)點(diǎn)，既保留了LR(0)文法分析效率高的特點(diǎn)，又具有LR(1)文法對文法的限制較小的特點(diǎn)。LALR(1)文法的分析表構(gòu)