本学期编译原理的一个大作业,我的选题是算术表达式的词法语法语义分析,当时由于学得比较渣,只用了递归下降的方法进行了分析。
首先,用户输入算术表达式,其中算术表达式可以包含基本运算符,括号,数字,以及用户自定义变量。
词法分析,检查单词变量是否正确;语法分析,检查算术表达式语法是否正确并输出生成语法树;语义分析,输出四元表达式。
最终效果图:
例如输入:
词法分析结果:
语法分析结果:
语义分析结果:
算术表达式的组成语法如下:
无符号整数 = 〈数字〉{〈数字〉}
〈标识符〉= 〈字母〉{〈字母〉|〈数字〉}
表达式〉= [+|-]〈项〉{〈加减运算符〉〈项〉}
〈项〉= 〈因子〉{〈乘除运算符〉〈因子〉}
〈因子〉= 〈标识符〉|〈无符号整数〉|‘(’〈表达式〉‘)’
〈加减运算符〉= +|-
〈乘除运算符〉= *|/
注意:
#标识符以字母开头,仅包含字母和数字
#字母包含大写和小写字母
符号文法表示:
Indentifer: 标识符 digit:数字 M:表达式
项:T 因子:F
M -> +E|-E|E
E -> E+T|E-T|T
T -> T*F|T/F|F
F -> (E)|indentifer|digit
消除左递归,改进文法:
1. M -> +E|-E|E
2. E -> TE~
3. E~ -> +TE~|-TE~|&
4. T -> FT~
5. T~ -> *FT~|/FT~|&
6. F -> (E)|indentifer|digit
1.词法分析
单词类别定义
运算符:( , ) , + , - , * , / 类别码:3
标识符:〈字母〉{〈字母〉|〈数字〉} 类别码:1
无符号整数:〈数字〉{〈数字〉} 类别码:2
设计思路
依次接受所输入的字符串,根据DFA进行判断单词类型,将单词及符号内码存入符号表字典,将单词存入单词栈
1.如若接收到字母说明为标识符,接着一直接受字母和数字,直到出现非数字和非字母符号
2.如若在运算符后接收到数字,则说明为无符号整数,一直接受直到出现非数字符号
3.如若接受到运算符,则继续处理
简单绘制的DFA:
数据结构
符号表:dic={}
单词栈:table=[]输入数据
2.语法分析
为文法中的每一个非终结符号设计对应的处理程序,处理程序按照具体的文法接受顺序设计,每当程序选择其中一个文法时,将其保存并打印出来,若单词栈中的所有单词都被接受,则说明语法正确,其他情况,则说明语法错误
数据结构
dic={} #符号表
table=[] #单词栈
wenfa=[] #字符串文法
3.语义分析与中间代码生成
设计思路
这里我运用的依旧是递归下降的思想,我并没有利用语法分析的结果,而是利用词法分析的结果为每一个非终结符号设计相应的程序, 当结果足够生成四元式时,将其输出。将结果赋给给临时变量,传递给父项。
数据结构
table=[] #单词栈
siyuan=[] #四元式
源码:
#-*- coding=utf-8 -*- letter='abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ' number='0123456789' operater='+-*/()' dic={} #符号表 table=[] #单词栈 wenfa=[] #字符串文法 siyuan=[] #四元式 ##################################### 词法分析 ###################################### def cifa(string): #词法分析 print '' m=0 state=0 #1:为标识符 2:为数字串 3:为运算符 for i in range(len(string)): if string[i] in operater : #如果是运算符 if state==1: #state=1表明其前面的为标识符 print string[m:i],'是标识符,类型码:1' dic[string[m:i]]=1 table.append(string[m:i]) elif state==2: #state=2表明其前面的为数字 print string[m:i],'是数字,类型码:2' dic[string[m:i]]=2 table.append(string[m:i]) m=i+1 state=3 print string[i],'是运算符,类型码:3' dic[string[i]]=3 table.append(string[i]) elif string[i] in number: #如果是数字 if i==m: #判断此时的数字是否为整数的第一个数字,若是则改变状态为无符号整数 state=2 elif string[i] in letter: #如果是字母 if state==2: #判断此时的状态,若state=2表明状态为无符号整数,而整数内不能包含字母,故报错 print '词法分析检测到错误,数字串中不能包含字母' exit(0) if i==m: #判断此时的字母是否为标识符的第一个字母,若是则改变状态为标识符 state=1 else: #当输入的字符均不符合以上判断,则说明为非法字符,故报错 print '词法分析检测到非法字符' exit(0) if state==1: #当字符串检查完后,若字符串最后部分为标识符,应将其print出来 print string[m:],'是标识符,类型码:3' dic[string[m:]]=1 table.append(string[m:]) elif state==2: #若字符串最后部分为无符号整数,应将其print出来 print string[m:],'是无符号整数,类型码:2' dic[string[m:]]=2 table.append(string[m:]) table.append('#') print '字符栈:',table,'\n词法正确' ################################### 语法分析 ##################################### ''' 基本文法: M -> +E|-E|E E -> TE~ E~ -> +TE~|-TE~|& T -> FT~ T~ -> *FT~|/FT~|& F -> (E)|indentifer|digit ''' class yufa(): #语法分析程序 def __init__(self): self.i=0 #栈指针 try: #用异常处理程序捕获程序的错误,出现异常则报错 self.m() except: print '\n语法分析程序检查到错误' exit(0) def m(self): #PM程序 if(table[self.i]=='+'): self.i+=1 wenfa.append('M -> +E') self.e() elif(table[self.i]=='-'): self.i+=1 wenfa.append('M -> -E') self.e() else: wenfa.append('M -> E') self.e() if(self.i is not len(table)-1): #语法分析结束时,若单词栈指针与单词表长度不相等,报错 print "\n语法分析程序检查到错误,'('前应该有运算符" exit(0) else: print '\n字符串语法是:' #若一切正确,则输出语法树文法 for i in wenfa: print i print '语法正确' def e(self): #PE程序 wenfa.append('E -> TE1') self.t() self.e1() def e1(self): #PE1程序 if(table[self.i]=='+'): self.i+=1 wenfa.append('E1 -> +TE1') self.t() self.e1() elif(table[self.i]=='-'): self.i+=1 wenfa.append('E1 -> -TE1') self.t() self.e1() else: wenfa.append('E1 -> &') def t(self): #PT程序 wenfa.append('T -> FT1') self.f() self.t1() def t1(self): #PT1程序 if(table[self.i]=='*'): self.i+=1 wenfa.append('T1 -> *FT1') self.f() self.t1() elif(table[self.i]=='/'): self.i+=1 wenfa.append('T1 -> /FT1') self.f() self.t1() else: wenfa.append('T1 -> &') def f(self): #PF程序 if(table[self.i]=='('): wenfa.append('F -> (E)') self.i+=1 self.e() if(table[self.i]!=')'): raise Exception self.i+=1 elif(dic[table[self.i]]==1): wenfa.append('F -> Indentifer '+str(table[self.i])) self.i+=1 elif(dic[table[self.i]]==2): wenfa.append('F -> Digit '+str(table[self.i])) self.i+=1 else: raise Exception #若均不符合,则引出异常 ####################################### 语义分析 ####################################### class yuyi: def __init__(self): print '\n语义分析结果(四元式):' self.i=0 #栈指针 self.flag=0 #记录临时变量T数目 self.m() for i in siyuan: #输出四元式结果 print i def m(self): #PM程序 if(table[self.i]=='+'): self.i+=1 ret1=self.e() siyuan.append('(+,0,'+ret1+',out)') self.flag+=1 elif(table[self.i]=='-'): self.i+=1 ret2=self.e() siyuan.append('(-,0,'+ret2+',out)') self.flag+=1 else: ret3=self.e() siyuan.append('(=,'+ret3+',0,out)') def e(self): #PE程序 ret1=self.t() ret2,ret3=self.e1() if(ret2!='&'): #若ret2不为&,则可以产生四元式,否则将变量传递给父项 self.flag+=1 siyuan.append('('+ret2+','+ret1+','+ret3+',T'+str(self.flag)+')') return 'T'+str(self.flag) else: return ret1 def e1(self): #PE1程序 if(table[self.i]=='+'): self.i+=1 ret1=self.t() ret2,ret3=self.e1() if(ret2=='&'): return '+',ret1 else: self.flag+=1 siyuan.append('('+ret2+','+ret1+','+ret3+',T'+str(self.flag)+')') return '+','T'+str(self.flag) elif(table[self.i]=='-'): self.i+=1 ret1=self.t() ret2,ret3=self.e1() if(ret2=='&'): return '-',ret1 else: self.flag+=1 siyuan.append('('+ret2+','+ret1+','+ret3+',T'+str(self.flag)+')') return '-','T'+str(self.flag) else: return '&','&' def t(self): #PT程序 ret1=self.f() ret2,ret3=self.t1() if(ret2!='&'): self.flag+=1 siyuan.append('('+ret2+','+ret1+','+ret3+',T'+str(self.flag)+')') return 'T'+str(self.flag) else: return ret1 def t1(self): #PT1程序 if(table[self.i]=='*'): self.i+=1 ret1=self.f() ret2,ret3=self.t1() if(ret2=='&'): return '*',ret1 else: self.flag+=1 siyuan.append('('+ret2+','+ret1+','+ret3+',T'+str(self.flag)+')') return '*','T'+str(self.flag) elif(table[self.i]=='/'): self.i+=1 ret1=self.f() ret2,ret3=self.t1() if(ret2=='&'): #若ret2不为&,则可以产生四元式,否则将变量传递给父项 return '/',ret1 else: self.flag+=1 siyuan.append('('+ret2+','+ret1+','+ret3+',T'+str(self.flag)+')') return '/','T'+str(self.flag) else: return '&','&' def f(self): #PF程序 if(table[self.i]=='('): self.i+=1 ret1=self.e() self.i+=1 return str(ret1) elif(dic[table[self.i]]==1): #当为标识符时,传递给父项 temp=self.i self.i+=1 return table[temp] elif(dic[table[self.i]]==2): #当为整数时,传递给父项 temp=self.i self.i+=1 return table[temp] ####################################### 主程序 ####################################### if __name__=='__main__': string=raw_input('请输入表达式:') cifa(string) yufa() yuyi()