LR(1)语法分析器生成器(生成Action表和Goto表)java实现(二)

　　updata : 附我之前bilibili讲解视频链接 : https://www.bilibili.com/video/av63666423?share_medium=android&share_source=qq&bbid=PQ0-BzIEPAU2VGNXK1crinfoc&ts=1565782566880

　　目前完成进度 : 目前已经完成了表驱动,通过函数输出这个Action 和 Goto表。然后使用者就可以根据两个表来进行LR(1)语法分析。且经过比对,发现和书上的例子(括号语法)是完全吻合的。

　　

package cn.vizdl.LR1.version3;

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.List;
import java.util.Scanner;
import java.util.Set;

/*
项目名 :  LR(1) parser generator (LR(1)语法分析器生成器)
项目分析 : 
    输入 : 输入某文件内存地址。且内部采用  <Expr> ::=  <Term> + <Factor>; 的结构输入的LR(1)语法。
    这里的仅支持 BNF范式内部的 终结符,非终结符,或运算,;(表示产生式结束),::=(表示为定义为)
    在这里不支持闭包,也就是{},因为闭包可以转换为非终结符的递归。
        输入文本格式 : 要求输入语法为 无回溯语法,在前瞻一个符号的情况下,总能预测正确的产生式规则。
            start : <aim_name>  //aim_name表示起始符号名称 
        例子 : 
        //这是错误的例子,不符合LR(1)语法
            start : <Goal>;
            <Goal> ::= <Expr>;
            <Expr> ::= <Expr> "+" <Term> | <Expr> "-" <Term>;
            <Term> ::= <Term> "*" <Factor> | <Term> "/" <Factor>;
            <Factor> ::= "number";
            #
            
            
            start : <Goal>;
            <Goal> ::= <Expr>;
            <Expr> ::= <Term><Expr'>;
            <Expr'> ::= "+" <Term><Expr'> 
                    |    "-" <Term><Expr'> 
                    |    "ε";
            <Term> ::= <Factor><Term'>;
            <Term'> ::= "*" <Factor><Term'>
                    |    "/" <Factor><Term'>
                    |    "ε";
            <Factor> ::= "("<Expr>")"
                    |    "num"
                    |    "name";
            #
            
            
            start : <Goal>;
            <Goal> ::= <List>;
            <List> ::= <List><Pair>
                    |    <Pair>;
            <Pair> ::= "(" <Pair> ")"
                    |    "("")";
            #
        以#作为结尾
    输入分析 : 因为上下文无关语法是一个四元组,而LR(1)语法又是上下文无关语法的子集。所以采用四元组的形式来表示LR(1)语法,是不会损失信息的。
        四元组 (T,NT,S,P)
        T ： 终结符集合
        NT : 非终结符集合
        S : 语法的起始符号(非终结符)
        P : 产生式集合 
        T, NT都可以用一个hash_set来表示。
        P 可以分为两个部分,左侧一定是一个非终结符,右侧是一个支持或运算的产生式。 
        产生式左端可以使用Node节点来表示,产生式右端可以使用多个链表(具体有几个取决于当前产生式有多少个或运算符)来表示。
        将当下语法分为三级,第一级是Expr,第二级别是Term,第三个级别是Factor
        <Expr> ::= <Term> { "|" <Term>}; //产生式(表达式)可以表达成多个小句子 或 起来
        <Term> ::= <Factor> { "+" <Factor>}; // + 表示连接
        <Factor> ::= <T> | <NT>
    输出 : Action 和 GoTo 表。 
    
    1.0完成进度 : 完成了将 输入字符串 转换成了 中间数据结构(BnfContainer)表示。
    2.0完成进度 : closure()闭包函数
    在这里 [A -> β·Cθ,a]指的是,识别完了A后非终结符号为a(也就是LR(1)中的1,前瞻一个符号)。
    关于FIRST : 
        FIRST(A) : 对于语法符号A,FIRST(A)表示,从A推导出的符号串的第一个单词所对应的终结符的集合。
        FIRST定义域 : T ∪ NT ∪ {ε, eof}
        FIRST值域 : T ∪ {ε, eof}
        如若A等于T ∪ {ε, eof}
        那么 FIRST(A) = A
    在闭包函数中,难点在于 FIRST(θa),这不是一个简单的 FIRST(θ),因为多了一个非终结符号 a。
    这是为了防止FIRST(θ)为ε的情况,这样FIRST(θa)退化为FIRST(a) = {a}
    closure(s) : 
    while (s is still changing)
        for each item [A -> β·Cθ,a] ∈ s        //从当前s集中寻求新状态
            for each production C -> γ ∈ P  //有效产生式
                for each b ∈ FIRST(θa)        //如若是可能是前瞻符号(非终结符)
                    s <- s ∪ {[C -> ·γ,b]}
                    
    //这里x是语法符号,可以是终结符,也可以是非终结符
    goto(s, x)
    moved <- ∅
    for each item ∈ s        //对于s集中的每个项
        if the from of i is [A -> β·xθ,a] then
            moved <- moved ∪ {[A -> βx·θ,a]}
    return closure (moved)
    
    构建CC的算法:
    CC0 <- closure({[S' -> ·S,eof]}) //构建初始状态集
    CC <- {CC0}        //将初始状态集添加到规范族CC中
    while (new set are still being added to CC)        
        for each unmarked set CCi ∈ CC    //unmarked : 未标记的
            mark CCi as processed    //将CCi标记为处理过的
            for each x following a · in an item in CCi  //对于CCi中项a ·后面的每个x
                temp <- goto(CCi, x)
                if temp ∉ CC
                    then CC <- CC ∪ {temp}
                record transition from CCi to temp on x
    例子 : 
    <Goal> ::= <List>;
    <List> ::= <List> <Pair> | <Pair>;
    <Pair> ::= "(" <Pair> ")" | "(" ")";
    closure({[Goal -> ·List,eof]})
    
    理解 : 将整个BNF范式语句全都替换成非终结符,结果可能会有很多个。
    但是这可以组成一个DFA,但是许多项都表示的其实是同一种状态,所以需要
    closure来将这些状态来并到同一个集合内,而goto则是从某个状态集接各种符号
    ,转移到一个新的状态集,这里即可以是终结符,也可以是非终结符。但是转移后不一定
    能包含所有的这一状态下的项,所以仍需要闭包运算来完善状态集。
    
    如何表示一个项？
    一个项包含三个元素,第一是产生式,第二是 · ,第三是前瞻符号。
    这可以用三个数字来表示。可以使用一个NODE来表示,
    但是这样好像就用不了set,来筛选是否重合了。
    字符串表示法？
    使用字符串,并且两个中隔符号隔开三个数据。
    如若需要,再从字符串转换为数字。
    
    3.0版本完成进度 :
    填表算法 : 
    Action表  纵轴是状态,横轴是 前瞻符号(终结符),内容是规约,状态转移,接收以及失败。
    Goto表  纵轴是状态,横轴是 前瞻符号(非终结符),当进行规约操作后,可以依靠栈中之前的状态,
    加上前瞻的非终结符,来进行状态转移。
    
    for each CCi ∈ CC
        for each  item I ∈ CCi
            if I is [A -> β·cθ,a] and goto (CCi , c) = CCj then
                Action[i,c] <- "shift j"
            else if I is [A -> β·,a] then    //规约
                Action[i,a] <- "reduce A->B"
            else if I is [S'->S·,eof] then    //如若是目标项产生式推导完成状态并且前瞻符号为eof,则为接收状态。
                Action[i,eof] <- "accept"
        for each n ∈ NT                //如若项集CCi跳过一个非终结符n即到达j
            if goto(CCi, n) = CCj then
                Goto[i,n] <- j
                
    如何表示几种状态?
    可以使用位来保证两种状态不混合, shift j直接填入j,而reduce A -> B则或上整型最高位。
这个图的状态 对应 书上状态
0 - 0
1 - 1
6 - 6
这里r是产生式下标...,而不是表达式下标...。
因为我们采用的结构是产生式 -> 表达式,也就是一个产生式连接多个表达式。

本图 对应 书上图(状态)
0 - 0
1 - 1
6 - 6
4 - 4
11 - 11
9 - 9
2 - 3
3 - 2
5 - 7
7 - 5
10 - 8
8 - 10
Action表如下
    eof    (    )    
0    err    s2    err    
1    acc    s2    err    
2    err    s6    s5    
3    r3    r3    err    
4    r2    r2    err    
5    r5    r5    err    
6    err    s6    s8    
7    err    err    s10    
8    err    err    r5    
9    err    err    s11    
10    r4    r4    err    
11    err    err    r4    
Goto表如下
    Goal    List    Pair    
0    err    s1    s3    
1    err    err    s4    
2    err    err    s7    
3    err    err    err    
4    err    err    err    
5    err    err    err    
6    err    err    s9    
7    err    err    err    
8    err    err    err    
9    err    err    err    
10    err    err    err    
11    err    err    err    


*/ 
public class Demo2 {
    public static void main (String[] args) {
        //将输入的产生式都放入ch中
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        String s = new String();
        String c;
        //输入处理...
        while (true) {
            c = scanner.nextLine();
            int i;
            for (i = 0; i < c.length(); i++) {
                if (c.charAt(i) != '#')
                    s += c.charAt(i);
                else {
                    scanner.close();
                    break;
                }
            }
            if (i != c.length()) {
                break;
            }
        }
        BnfContainer bc = new BnfContainer();
        CodeAnalyzer ca = new CodeAnalyzer(s, bc);
        ca.analyze();
        bc.toLRTable();
        bc.printActionAndGotoTable();
    }
}

/**
 * 用来装载BNF范式的信息。
 */
class BnfContainer {
    /**
     * 内部类,NT的节点。
     * @author HP
     */
    class NTNode {
        private String name; //符号id
        private List<List<Integer>> expr;
        public NTNode(String name) {
            expr = new ArrayList<List<Integer>>();
            this.name = name;
        }
        /**
         * 添加一条expr
         * 返回这个expr的下标
         * @return
         */
        public int addExpr() {
            expr.add(new ArrayList<Integer>());
            return expr.size() - 1;
        }
        /**
         * 向下标为idx的expr添加value
         * @param idx
         * @param value
         */
        public void addExprElement (int idx, int value) {
            this.expr.get(idx).add(value);
        }
        /**
         * 向最后一个表达式添加value
         * @param value
         */
        public void addExprElement (int value) {
            this.addExprElement(this.expr.size() - 1, value);
        }
        
        public void printNTNode () {
            System.out.println("NTNumber : " + this.name);
            for (List<Integer> list : this.expr) {
                for (Integer val : list) {
                    System.out.print(val + " ");
                }System.out.println();
            }
        }
    }
    
    
    //常量定义
    /**
     * 这两个常量只出现在终结符
     * 因为要将终结符和非终结符
     * 放在同一个链表中
     * 所以使用这个来辨别终结符和非终结符。
     */
    private static final int MASK = 0X80000000; //掩码,用来给终结符做掩饰的编码。
    private static final int DECODE = 0X7fffffff; //解码,破译掩码得到原本的编码。
    private static final String separationCharacter = " ";
    /**
     * 非终结符Map 
     * key : 非终结符名称
     * value : 非终结符在production链表中的下标
     */
    private HashMap<String,Integer> NTMap;
    /**
     * 终结符Map 
     * key : 终结符名称
     * value : 终结符在T链表中的下标
     */
    private HashMap<String,Integer> TMap;
    // 终结符链表
    private ArrayList<String> T;
    // 产生式链表,因为一个非终结符一个产生式具有双射关系。
    private ArrayList<NTNode> production;
    //如若未设置,默认为0
    public int startIndex = 0;
    private int eof, epsilon;
    /**
     * 这个数组包含了所有非终结符的FIRST
     */
    private Set<Integer>[] First;
    /**
     * 要输出的Action表
     */
    private int[][] Action;
    /**
     * 要输出的Goto表
     */
    private int[][] Goto;
    
    public BnfContainer() {
        //内部数据结构初始化
        NTMap = new HashMap<String,Integer>();
        TMap = new HashMap<String,Integer>();
        T = new ArrayList<String>();
        production = new ArrayList<NTNode>();
        
        
        //添加两个特殊的非终结符 eof 和 ε
        this.addT("eof");
        this.addT("ε");
        eof = this.getTSerialNumber("eof");
        epsilon = this.getTSerialNumber("ε");
    }
    
    /**
     * 设置开始非终结符
     * @param name
     */
    public void setStart (String name) {
        this.addNT(name);
        this.startIndex = this.NTMap.get(name);
    }
    
    /**
     * 将非终结符的名字传入,即可添加一个非终结符节点。
     * @param name
     */
    public void addNT (String name) {
        if (name.isEmpty()) {
            System.out.println("终结符不可为空");
            System.exit(-1);
        }
        if (!NTMap.containsKey(name)) {
            NTNode node = new NTNode(name);
            NTMap.put(name, production.size());
            production.add(node);
        }
    }
    
    /**
     * 将终结符传入,增加非终结符。
     * @param name
     */
    public void addT(String name) {
        if (!this.TMap.containsKey(name)) {
            this.TMap.put(name, T.size());
            this.T.add(name);
        }
    }
    
    /**
     * 输入终结符名称
     * 获取终结符编号
     * 如若存在当前终结符,返回编号
     * 否则返回-1,输出错误警告并且退出。
     * @param name
     * @return
     */
    private int getTSerialNumber (String name) {
        this.notFindTWarning(name);
        return this.TMap.get(name) | BnfContainer.MASK;
    }
    
    /**
     * 输入非终结符名称
     * 获取非终结符编号
     * 如若存在当前非终结符,返回编号
     * 否则返回-1,输出错误警告并且退出。
     * @param name
     * @return
     */
    private int getNTSerialNumber (String name) {
        this.notFindNTWarning(name);
        return this.NTMap.get(name);
    }
    
    /**
     * 创建新的表达式并添加到名称为name的非终结符节点上
     * 返回表达式编号
     */
    public int creatNewExper(String name) {
        this.notFindNTWarning(name);
        NTNode ntn = this.production.get(this.NTMap.get(name));
        return ntn.addExpr();
    }
    /**
     * 向左端非终结符名称为name的产生式
     * 第idx表达式添加元素
     * @param name
     * @param idx
     * @param isNt
     */
    public void addExpeElement(String name, int idx,boolean isNt, String addElement) {
        NTNode ntn = this.production.get(this.NTMap.get(name));
        if (isNt) {
            this.notFindNTWarning(name);
            this.notFindNTWarning(addElement);
            ntn.addExprElement(idx, this.getNTSerialNumber(addElement));
        }else {
            this.addT(addElement);
            ntn.addExprElement(idx, this.getTSerialNumber(addElement));
        }
    }
    
    /**
     * 向左端非终结符名称为name的产生式
     * 最后一个表达式添加元素
     * @param name
     * @param list
     */
    public void addExpeElement(String name,boolean isNt, String addElement) {
        NTNode ntn = this.production.get(this.NTMap.get(name));
        if (isNt) {
            this.notFindNTWarning(name);
            this.notFindNTWarning(addElement);
            ntn.addExprElement(this.getNTSerialNumber(addElement));
        }else {
            this.addT(addElement);
            ntn.addExprElement(this.getTSerialNumber(addElement));
        }
    }
    
    /**
     * 如若找到了当前非终结符,什么都不会发生。
     * 否则会提示并且退出程序
     * @param name
     */
    private void notFindNTWarning(String name) {
        if (!this.NTMap.containsKey(name)) {
            System.out.println("错误的非终结符" + name + "!");
            System.exit(-1);
        }
    }
    /**
     * 如若找到了当前终结符,什么都不会发生。
     * 否则会提示并且退出程序
     * @param name
     */
    private void notFindTWarning(String name) {
        if (!this.TMap.containsKey(name)) {
            System.out.println("错误的终结符" + name + "!");
            System.exit(-1);
        }
    }

    public void printBNF() {
        System.out.println("开始非终结符为 : " + this.production.get(startIndex).name);
//        System.out.println("终结符对应表 : ");
//        for (int i = 0; i < this.T.size(); i++) {
//            System.out.println(this.T.get(i) + " : " + (i | MASK));
//        }
//        System.out.println("非终结符对应表 : ");
//        for (int i = 0; i < this.production.size(); i++) {
//            System.out.println(this.production.get(i).name + " : " + i);
//        }
        for (NTNode ntn : this.production) {
            ntn.printNTNode();
        }
        
        System.out.println("First集 : ");
        int count = 0;
        for (Set<Integer> s : First) {
            System.out.println("第" + count + "个非终结符" + this.production.get(count).name);
            for (Integer i : s) {
                this.printSymbol(i);
            }System.out.println();
            count++;
        }
        System.out.println("一共有 " + this.CC.size() + " 种状态");
        for (Set<String> s : this.CC) {
            this.printCCSet(s);
        }
    }
    /**
     * 输出项集 s
     * @param s
     */
    private void printCCSet(Set<String> s) {
        for (String item : s) {
            this.printItem(item);
        }
        System.out.println();
    }
    
    
    private void printItem (String item) {
        String[] strs = item.split(BnfContainer.separationCharacter); // ! 为分隔符
        int productionIdx = Integer.parseInt(strs[0]); //产生式下标
        int exprIdx = Integer.parseInt(strs[1]); //表达式下标
        int placeholder = Integer.parseInt(strs[2]); //占位符下标 这个下标从0开始(表示左侧无语法符号)。
        int prospectiveSymbol = Integer.parseInt(strs[3]);//前瞻符
        NTNode ntn = this.production.get(productionIdx);
        System.out.print("[" + ntn.name + "::=");
        List<Integer> list = ntn.expr.get(exprIdx);
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            if (i == placeholder) {
                System.out.print("·");
            }
            this.printSymbol(list.get(i));
            System.out.print(" ");
        }
        if (list.size() == placeholder) {
            System.out.print("·");
        }
        System.out.print(",");
        this.printSymbol(prospectiveSymbol);
        System.out.print("]\t");
    }
    
    private void printSymbol (int sym) {
        if (this.isT(sym)) {
            System.out.print(this.T.get(sym & DECODE));
        }else {
            System.out.print(this.production.get(sym).name);
        }
    }
    
    /**
     * 求所有非终结符符号的FIRST集(终结符的FIRST就是它本身)
     * FIRST(A) : 对于语法符号A,FIRST(A)表示,
     * 从A推导出的符号串的第一个单词所对应的终结符的集合。
     */
    private void FIRSTAllSymbol() {
        First = new Set[this.production.size()];
        for (int i = First.length - 1; i >= 0; i--) {
            FIRST(i);
        }return;
    }
    /**
     * 输入非终结符下标
     */
    private void FIRST(int idx) {
        if (First[idx] != null) {
            return;
        }First[idx] = new HashSet<Integer>();
        List<List<Integer>> next = this.production.get(idx).expr;
        for (List<Integer> list : next) {
            int val = list.get(0);
            //非终结符
            if (this.isT(val)) {
                First[idx].add(val);
            }else {
                this.FIRST(val);
                First[idx].addAll(First[val]);
            }
        }
    }
    
    private boolean isT (int val) {
        return (val & MASK) == MASK;
    }
    /**
     * 一个产生式项
     * 分别有四个元素
     * productionIdx : 产生式下标
     * exprIdx : 表达式下标
     * placeholder : 占位符
     * prospectiveSymbol : 前瞻符
     */
    /**
    闭包运算
    closure(s) : 
    while (s is still changing)
        for each item [A -> β·Cθ,a] ∈ s        //从当前s集中寻求新状态
            for each production C -> γ ∈ P  //有效产生式
                for each b ∈ FIRST(θa)        //如若是可能是前瞻符号(非终结符)
                    s <- s ∪ {[C -> ·γ,b]}
     */
    private List<Set<String>> CC;
    private void closure (Set<String> s) {
        int lastSize = -1;
        while (lastSize != s.size()) {
            lastSize = s.size();
            Set<String> hashset = new HashSet<String>();
            for (String item : s) {
                String[] strs = item.split(BnfContainer.separationCharacter); //  为分隔符
                int productionIdx = Integer.parseInt(strs[0]); //产生式下标
                int exprIdx = Integer.parseInt(strs[1]); //表达式下标
                int placeholder = Integer.parseInt(strs[2]); //占位符下标 这个下标从0开始(表示左侧无语法符号)。
                int prospectiveSymbol = Integer.parseInt(strs[3]);//前瞻符
                List<Integer> temp = this.production.get(productionIdx).expr.get(exprIdx);
                //for each item [A -> β·Cθ,a] ∈ s        //从当前s集中寻求新状态
                //    for each production C -> γ ∈ P  //有效产生式
                //temp.get(placeholder) 为 这里的 C
                //条件为 C不是终结符 且 当前占位符未达到最右端    如若C是个终结符,那么就无法拓展,如若占位符已经到达最右端,也无法拓展。
                if (placeholder < temp.size() && !this.isT(temp.get(placeholder))) {
                    int cIdx = temp.get(placeholder);
                    //先求FIRST(占位符后的串)
                    Set<Integer> set = this.FIRSTNextStr(temp, placeholder + 1, prospectiveSymbol);
                    List<List<Integer>> expr = this.production.get(cIdx).expr;
                    for (int i = 0; i < expr.size(); i++){
                        for (Integer val : set) {
                            String res = cIdx + BnfContainer.separationCharacter + i + BnfContainer.separationCharacter + 0 + BnfContainer.separationCharacter + val;
                            hashset.add(res);
                        }
                    }
                }
            }s.addAll(hashset);
        }
        /**
         * 项集之间会有交集,
         * start : <Goal>;
         * <Goal> ::= <List>;
         * <List> ::= <List><Pair>
         *         |    <Pair>;
         * <Pair> ::= "(" <Pair> ")"
         *         |    "("")";
         * #
         * 书上这个例子的原项 CC0 和 CC1就重复了 [Pair ::= ·(Pair),(]
         * 当然还有其他的也重复了...
         */
        return;
    }
    /*
    goto(s, x)
    moved <- ∅
    for each item ∈ s        //对于s集中的每个项
        if the from of i is [A -> β·xθ,a] then
            moved <- moved ∪ {[A -> βx·θ,a]}
    return closure (moved)
    */
    private Set<String> go (Set<String> s, int x){
        Set<String> res = new HashSet<String>();
        for (String item : s) {
            String[] strs = item.split(BnfContainer.separationCharacter); // ! 为分隔符
            int productionIdx = Integer.parseInt(strs[0]); //产生式下标
            int exprIdx = Integer.parseInt(strs[1]); //表达式下标
            int placeholder = Integer.parseInt(strs[2]); //占位符下标 这个下标从0开始(表示左侧无语法符号)。
            int prospectiveSymbol = Integer.parseInt(strs[3]);//前瞻符
            List<Integer> temp = this.production.get(productionIdx).expr.get(exprIdx);
            String str = new String();
            if (placeholder + 1 <= temp.size() && temp.get(placeholder) == x) {
                str = productionIdx + BnfContainer.separationCharacter + exprIdx + BnfContainer.separationCharacter + (placeholder + 1) + BnfContainer.separationCharacter + prospectiveSymbol;
                res.add(str);
            }
        }
        this.closure(res);
        return res;
    }
    
    /**
     * 获取    从expr表达式中下标为idx的语法符号开始的串     的FIRST
     * @param expr
     * @param idx
     * @param prospectiveSymbol
     * @return
     */
    private Set<Integer> FIRSTNextStr (List<Integer> expr, int idx, int prospectiveSymbol){
        Set<Integer> res = new HashSet<Integer>();
        if (idx >= expr.size()) {
            res.add(prospectiveSymbol);
            return res;
        }
        //当前符号是终结符
        if (this.isT(expr.get(idx))) {
            res.add(expr.get(idx));
            return res;
        }
        res.addAll(First[expr.get(idx)]);
        //如若存在 epsilon 
        if (res.contains(this.epsilon)) {
            res.remove(this.epsilon);
            res.addAll(this.FIRSTNextStr(expr, idx + 1, prospectiveSymbol));
        }return res;
    }
    
    /*
    CC0 <- closure({[S' -> ·S,eof]}) //构建初始状态集
    CC <- {CC0}        //将初始状态集添加到规范族CC中
    while (new set are still being added to CC)        
        for each unmarked set CCi ∈ CC    //unmarked : 未标记的
            mark CCi as processed    //将CCi标记为处理过的
            for each x following a · in an item in CCi  //对于CCi中项a ·后面的每个x
                temp <- goto(CCi, x)
                if temp ∉ CC
                    then CC <- CC ∪ {temp}
                record transition from CCi to temp on x
    */
    /*
     因为最后生成Action表中需要规约 reduce A - > BC 
     所以需要找到这个表达式的序号为了方便弄一个前缀数组
     记录在前i个产生式中有多少个表达式。
     */
    int[] preArr;
    
    private void initPreArr() {
        this.preArr = new int[this.production.size()];
        if (this.preArr.length > 0) {
            this.preArr[0] = this.production.get(0).expr.size();
            for (int i = 1; i < this.preArr.length; i++) {
                this.preArr[i] = this.preArr[i - 1] + this.production.get(i).expr.size();
            }
        }
    }
    public void toLRTable() {
        //初始化。
        this.initPreArr();
        this.FIRSTAllSymbol();
        Set<String> CC0 = new HashSet<String>();
        List<List<Integer>> expr = this.production.get(startIndex).expr;
        for (int i = 0; i < expr.size(); i++) {
            CC0.add(this.startIndex + BnfContainer.separationCharacter + i + BnfContainer.separationCharacter + 0 + BnfContainer.separationCharacter + this.eof);
        }
        this.closure(CC0);
        CC = new ArrayList<Set<String>>();
        CC.add(CC0);
        int begin = 0;
        int lastSize = -1;
        List<Node> res = new ArrayList<Node>();
        int endState = -1;
        while (lastSize != CC.size()) {
            lastSize = CC.size();
            for (int i = begin; i < lastSize; i++) {
                Set<String> s = this.CC.get(i);
                for (String item : s) {
                    String[] strs = item.split(BnfContainer.separationCharacter); // ! 为分隔符
                    int productionIdx = Integer.parseInt(strs[0]); //产生式下标
                    int exprIdx = Integer.parseInt(strs[1]); //表达式下标
                    int placeholder = Integer.parseInt(strs[2]); //占位符下标 这个下标从0开始(表示左侧无语法符号)。
                    int prospectiveSymbol = Integer.parseInt(strs[3]);//前瞻符
                    List<Integer> list = this.production.get(productionIdx).expr.get(exprIdx);
                    if (placeholder < list.size()) {
                        //因为对于每个项集的每个项的前瞻符都会进行一次推导,所以这里包含所有的推导。我们只需要记录下来就可以生成表了。
                        int x = list.get(placeholder);
                        Set<String> temp = this.go(s, x);
                        int CCj = this.CCcontainsTheSet(temp);
                        if (CCj == -1) {
                            CC.add(temp);
                            CCj = this.CC.size() - 1;
                        }
                        res.add(new Node(i, x, CCj));
                    }
                    //可归约状态
                    else {
                        res.add(new Node(i, prospectiveSymbol, ((productionIdx - 1 >= 0 ? this.preArr[productionIdx - 1] : 0) + exprIdx + 1) | MASK));
                        if (productionIdx == this.startIndex) {
                            endState = i;
                        }
                    }
                }
                //更新begins
                begin = lastSize;
            }
        }
        this.createActionAndGotoTable(res, endState);
    }
    
    /**
     * 这是构建表时临时记录数据的结构
     */
    class Node{
        int state;
        /**
         * 对于sym来说就是终结符和非终结符的编码
         * 也是利用这个来区别到底把val放Action
         * 表还是Goto表。
         */
        int sym;
        /**
         * 对于val来说
         * 如若是产生式规约,则将产生式的下标 | MASK作为val
         * 如若是正常的状态转移,则直接输入转移状态的下标。
         */
        int val;
        
        public Node(int state, int sym, int val){
            this.state = state;
            this.sym = sym;
            this.val = val;
        }
    }
    /**
     * 利用这个方法去看规范族CC中是否存在set
     * 并且会返回set在CC的下标如若存在的话
     * @param set
     * @return
     */
    private int CCcontainsTheSet (Set<String> set) {
        for (int i = 0; i < CC.size(); i++) {
            Set<String> s = CC.get(i);
            if (s.size() == set.size() && set.containsAll(s)) {
                return i;
            }
        }return -1;
    }
    /*
    for each CCi ∈ CC
        for each  item I ∈ CCi
            if I is [A -> β·cθ,a] and goto (CCi , c) = CCj then
                Action[i,c] <- "shift j"
            else if I is [A -> β·,a] then    //规约
                Action[i,a] <- "reduce A->B"
            else if I is [S'->S·,eof] then    //如若是目标项产生式推导完成状态并且前瞻符号为eof,则为接收状态。
                Action[i,eof] <- "accept"
        for each n ∈ NT                //如若项集CCi跳过一个非终结符n即到达j
            if goto(CCi, n) = CCj then
                Goto[i,n] <- j
    */
    private void createActionAndGotoTable(List<Node> node, int endState) {
        //竖是状态 横是终结符
        this.Action = new int[this.CC.size()][this.T.size()];
        //赋初始值
        for (int i = this.CC.size() - 1; i >= 0; i--) {
            for (int j = this.T.size() - 1; j >=0; j--) {
                this.Action[i][j] = -1;
            }
        }
        //竖是状态 横是非终结符
        this.Goto = new int[this.CC.size()][this.production.size()];//赋初始值
        for (int i = this.CC.size() - 1; i >= 0; i--) {
            for (int j = this.production.size() - 1; j >=0; j--) {
                this.Goto[i][j] = -1;
            }
        }
        for (Node n : node) {
            //如若跨越的符号是终结符
            if (this.isT(n.sym)) {
                Action[n.state][n.sym & DECODE] = n.val;
            }else {
                Goto[n.state][n.sym] = n.val;
            }
        }
        //将接受状态设为最低值。
        this.Action[endState][this.eof & DECODE] = Integer.MIN_VALUE;
        return;
    }
    
    
    public void printActionAndGotoTable() {
        if (this.Action == null || this.Goto == null) {
            System.out.println("表未生成,请使用toLRTable函数生成表。");
            return;
        }
        //先输出一行终结符
        System.out.println("Action表如下");
        System.out.print("\t");
        for (int i = 0; i < this.T.size(); i++) {
            if (i != (this.epsilon & DECODE)) {
                System.out.print(this.T.get(i) + "\t");
            }
        }
        System.out.print("\n");
        for (int i = 0; i < this.Action.length; i++) {
            // 每行第一个输出i
            System.out.print(i + "\t");
            for (int j = 0; j < this.Action[i].length; j++) {
                if (j != (this.epsilon & DECODE)) {
                    if (this.Action[i][j] == -1) {
                        System.out.print("err\t");
                    } // 规约操作
                    else if (this.Action[i][j] == Integer.MIN_VALUE) {
                        System.out.print("acc\t");
                    } else if ((this.Action[i][j] & MASK) == MASK) {
                        System.out.print("r" + (this.Action[i][j] & DECODE) + "\t");
                    } else {
                        System.out.print("s" + this.Action[i][j] + "\t");
                    }
                }
            }
            System.out.print("\n");
        }
        System.out.println("Goto表如下");
        // 先输出一行非终结符
        System.out.print("\t");
        for (int i = 0; i < this.production.size(); i++) {
            System.out.print(this.production.get(i).name + "\t");
        }
        System.out.print("\n");
        for (int i = 0; i < this.Goto.length; i++) {
            // 每行第一个输出i
            System.out.print(i + "\t");
            for (int j = 0; j < this.Goto[i].length; j++) {
                if (this.Goto[i][j] == -1) {
                    System.out.print("err\t");
                    continue;
                }
                System.out.print("s" + this.Goto[i][j] + "\t");
            }System.out.print("\n");
        }
    }
}

/**
 * 代码分析器 可以将代码转换为信息等价的数据结构
 */
class CodeAnalyzer {
    class Token{
        boolean isNt;
        String name;
        public Token (boolean isNt, String name) {
            this.isNt = isNt;
            this.name = name;
        }
    }
    private char[] text;
    private int textSize = 0; //字符串有效长度
    private int point = 0; //text解析进度的指针
    private BnfContainer bc;
    private Token token;
    String left; //左侧非终结符
    private int count = 0; //记录当前已经解析到哪个产生式了
    public CodeAnalyzer (String text, BnfContainer bc) {
        this.bc = bc;
        //初始化代码分析器
        this.initText(text);
        this.initStartSymbol();
        this.initCodeAnalyzer();
    }
    /**
     * 输入字符串文本,返回处理完毕的字符数组。
     * @param s
     * @return
     */
    private void initText(String s) {
        this.text = s.toCharArray();
        int idx = 0;
        //将字符串变为一个紧凑的字符数组(去除一些妨碍的字符)
        while (idx < text.length) {
            if (text[idx] == '\r' || text[idx] == '\n' || text[idx] == '\t' || text[idx] == ' ') {
                idx++;
            }else {
                text[textSize++] = text[idx++];
            }
        }
    }

    private void initStartSymbol() {
        // 验证是否存在start:<
        point = 0;
        char[] needle = { 's', 't', 'a', 'r', 't', ':', '<' };
        if (textSize <= needle.length) {
            this.notFindStartNT();
        }
        point = 0;
        while (point < needle.length) {
            if (needle[point] == text[point]) {
                point++;
            } else {
                this.notFindStartNT();
            }
        }
        point = needle.length;
        while (point < textSize && text[point] != '>') {
            point++;
        }
        this.bc.setStart(new String(text, needle.length, point - needle.length));
        this.skip(Type.RT);
        this.skip(Type.SEMICOLON);
    }
    /**
     * 通过skip来跳过字符
     */
    enum Type{
        LT, //左尖括号
        RT, //右尖括号
        SEMICOLON, //分号
        QUOTE, //双引号
        OR, //或
        COLON, // :
        EQ, //等于号
    }
    private void skip (Type t) {
        switch(t) {
        case LT:
            this.skip('<');
            break;
        case RT:
            this.skip('>');
            break;
        case OR:
            this.skip('|');
            break;
        case SEMICOLON:
            this.skip(';');
            break;
        case QUOTE:
            this.skip('"');
            break;
        case COLON:
            this.skip(':');
            break;
        case EQ:
            this.skip('=');
            break;
        }
    }
    private void skip (char c) {
        if (point >= this.textSize || this.text[point] != c) {
            System.out.println("第" + this.count + "个产生式,缺少符号  " + c);
            System.exit(-1);
        }
        point++;
    }
    /**
     * 报错 : 没有找到目标(开始)非终结符号! 并退出程序。
     */
    private void notFindStartNT() {
        System.out.println("没有找到目标非终结符号!");
        System.exit(-1);
    }

    /**
     * 之所以一开始就要添加非终结符,而不在解析BNF时候添加
     * 是因为,非终结符存在定义的问题,如若 没有定义
     * 但有使用(只在右侧出现,未在左侧定义),这个就是错误的。
     */
    private void initCodeAnalyzer() {
        int idx = this.point;
        this.point = 0;
        this.count = 0;
        while (true) {
            while (this.point < textSize && text[this.point] != ';') {
                this.point++;
            }this.point++;
            this.count++;
            //如若分号后面没有左括号
            if (this.point >= textSize) {
                break;
            }
            String name = this.getNT();
            bc.addNT(name);
        }this.count = 0;
        this.point = idx;
    }

    /**
     * BNF
     * 从point开始解析字符串。
     * <Goal> ::= {<Production>}
     * <Production> ::= <左侧非终结符> "::=" <Expr>;
     * <Expr> ::= <Term> { "|" <Term>}";";
     * <Term> ::= {<Factor>};     //Term在这就是多个终结符或非终结符相连接
     * <Factor> ::= <T> | <NT>
     */
    public void analyze() {
        while (point < this.textSize) {
            this.count++;
            production();
        }
    }
    
    public void production(){
        //先跳过左侧非终结符
        this.left = this.getNT();
        this.skipDefineSymol();
        this.expr();
    }
    /**
     * 跳过 ::=
     */
    public void skipDefineSymol() {
        skip(Type.COLON);
        skip(Type.COLON);
        skip(Type.EQ);
    }
    /**
     * 获取非终结符
     * <xxx>
     */
    public String getNT () {
        skip(Type.LT);
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        while (this.point < this.textSize && text[this.point] != '>') {
            res.append(text[this.point++]);
        }
        skip(Type.RT);
        return res.toString();
    }
    
    /**
     * 当前指针指向 "T" 中第一个"
     * @return
     */
    public String getT() {
        this.skip(Type.QUOTE);
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        while (this.point < this.textSize && this.text[this.point] != '"') {
            res.append(text[this.point++]);
        }
        this.skip(Type.QUOTE);
        return res.toString();
    }
    
    /**
     * 当前指针指向 ::= <T>... 中 = 后一个符号
     */
    public void expr(){
        this.term();
        while (this.point < this.textSize && text[this.point] == '|') {
            this.skip(Type.OR);
            term();
        }this.skip(Type.SEMICOLON);
    }
    
    /**
     * 如若还有符号,当前符号指向 终结符或非终结符的符号  < 或者 "
     */
    public void term(){
        //创建一个属于当前term的链表
        bc.creatNewExper(this.left);
        while (this.point < this.textSize && (text[this.point] == '"' || text[this.point] == '<')) {
            factor();
            bc.addExpeElement(this.left, token.isNt, token.name);
        }
    }
    
    /**
     * 通过factor获取token
     */
    public void factor(){
        //非终结符
        if (text[this.point] == '"') {
            String name = this.getT(); 
            this.token = new Token(false, name);
        }else {
            String name = this.getNT();
            token = new Token (true, name);
        }
    }
}