自顶向下:递归下降法、LL(1)分析法
自顶向下分析过程的基本特点: ①如果文法是左递归的,则自顶向下分析会陷入无限循环;(消除左递归) ②每步推到的试探会形成大量的回溯;(消除回溯LL1文法) ③分析失败难于指出错误的具体情况(错误位置和错误类型);(LL1文法)
方法:将A→Aα|β形式的产生式改写为A→βA’和A’→αA’|ε的形式
例题:E->EAT|T 消除左递归:E->TE’,E’->ATE’|ε
对于一个已化简且不含左递归的文法G,当进行自顶向下的语法分析时,不会出现回溯的充要条件是,对G中形如A→γ1|γ2|…|γm的产生式,若其候选式γi 和γj 满足:(其中1≤i,j≤m;i≠j) (1) FIRST(γi)∩FIRST(γj)=Φ (2) 若ε∈FIRST(γj),则 FIRST(γi)∩FOLLOW(A)=Φ 则称G为LL(1)文法。
FIRST(γ):γ可以退出的开头的终结符号(或ε)(1)若x∈VT,则FIRST(x)={x}; (2)若X∈VN,且G中有形如 X->aα (a∈VT)或(和)X->ε 的产生式, 则把 a 或(和)ε 添加到FIRST(X)中; (3)设G中有形如 X->Y1Y2…Yi…Yk 的产生式, 若Y1∈VN,则将FIRST(Y1)中一切非 ε 符号加入到FIRST(X)中; 若Y1、Y2、… 、Yi (1≤i≤k-1)均为非终结符,且其FIRST集中均有ε , 则将FIRST(Y1)、FIRST(Y2) 、… 、FIRST(Yi+1)中一切非 ε 终结 符加入FIRST(X)中; 若Y1、Y2、… 、Yk的FIRST集中均有ε,则将ε加入FIRST(X)中。
FOLLOW(A):在所有句型中可能直接跟在A之后的终结符号(1)对文法的开始符S,#∈FOLLOW(S); (2)若G中有形如B->αAβ的产生式, 则将FIRST(β)中一切非ε符号加入FOLLOW(A); (3)若G中有形如B->αAβ的产生式,并且ε∈FIRST(β), 或者有形如B->αA的产生式, 则将FOLLOW(B)中一切符号加入FOLLOW(A)。 图一
思路:为文法的每一非终结符号,依相应的候选式结构,编写一子程序识别其表示的语法范畴。
例:
若一文法为LL(1)文法,进行最左推导时,当一非终结符A有多个候选式时,只需检查当前正扫视的输入符号α属于那个候选式的首符集;或若某候选式yi的首字符集含e,且当前输入符号α属于FOLLOW (A),便可准确的选取候选式。这种分析方法称为预测分析法。 若一文法为LL(1)文法,可以为之构造一无回溯的语法分析程序,称为LL(1)分析程序或LL(1)分析器。
例如:使用预测分析法推导图一文法:
①构造First和Follow表 ②构造此文法对应的预测分析表 ③分析过程
分析开始,将栈底符号#和文法开始符S入栈,各指示器置初值: 分析中,设某一时刻的分析格局为: 根据栈顶Xm的不同情况,分别作如下处理: a)Xm->VT(Xm是终结符号) ,若Xm=ai,则Xm出栈,输入串指针移到下一位置;若Xm ≠ ai,则进行语法错误处理。 b) Xm->VN (Xm是非终结符号),以(Xm,ai)查分析表: 若表元素为ERROR转出错处理;若表元素为Xm->Y1Y2…Yk,则Xm退栈,Y1Y2…Yk反向入栈。 c)Xm=ai=#,分析成功。
假若输入的字符串为“i+i*i”
参考分析表(后面简述表),判断余留输入串的第一个,首先是i,那么通过表知道分析栈中的E通过E->TE’才能得到i,所以E出栈,E’T入栈,继续分析通过表发现T通过T->FT’才能得到i,那么T出栈,T’F入栈,通过表知F通过F->i可以直接得到i,所以F出栈,到此余留输入串第一个字符识别完毕,开始下一个字符的识别
定义4.2:若文法中不含有两个非终结符相邻的产生式,则称为算符文法。(广义运算符: 文法的终结符号 广义运算对象: 非终结符) 定义4.6:对一算符文法G,若任何一对终结符号间至多只有一种优先关系, 则称G为算符优先文法。
步骤: ①构造算符优先矩阵 算符优先矩阵的构造方法 根据以下三种优先关系的定义,找全优先关系,构造优先关系矩阵。 定义4.3 a=b :存在产生式 U→…ab… 或 U→…aAb… 时。 定义4.4 a<b :存在产生式 U→…aA… 且 A 能推导出以 b 为第一个终结符号的符号串。 定义4.5 a>b :存在产生式 U →…Ab… 且 A 能推导出以 a 为最后一个终结符号的符号串。 注意是第一个/最后一个 终结符号
例如:
(1)首先看“=”有哪些,因为相等的两个终结符号满足形式“U→…aAb…”,所以找“aAb”形式的发现只有"(E)",所以“(” = “)” (2)其次找“<”的有哪些,因为若终结符号a<b满足形式“U→…aA…且A-+->b”,所以先找“aA”形式的,再找A的FirstVT(A)集合(第一个终结符号,不是LL1中的first集),则a<FirstVT(A) FirstVT(T) = {“(”,“i”,“”},FirstVT(F)= {“(”,“i”},FirstVT(E)= {“+”,“(”,“i”,“”} (3)找“>” (4)#<firstVT(E) #>lastVT(E)
②规约过程
1)寻找最左素短语:w = #N1a1N2a2…NnanNn+1#(ai VT , Ni VN∪{})从左到右扫描 w,找到第一个ai > ai+1,再回扫找到第一个aj-1 < aj此时 Nj aj Nj+1 aj+1 … Ni ai Ni+1 就是应被归约的最左素短语。 2)归约策略:在文法中找形如 A Uj aj Uj+1 aj+1 …Ui ai Ui+1 的产生式,其中 Ui 与 Ni 不一定相同,但每个 ai 必须相同, 若存在这样的产生式,则按此产生式归约;否则报错。
LR(K)文法的特性: 每一LR(K)文法都是无二义性文法 某一由LR(K)文法产生的语言也可由某一LR(1)文法产生
LR分析器的逻辑结构及工作原理:
①分析栈:其中状态和符号顺序一致(换言之数量也一致) ②分析表:分析表由不同的LR(k)文法特制 action表: 其中行名S1,S2…Sn为分析器的各个状态,列名a1,a2…al是全部终结符号和句子界符(句子界符即#) goto表: 其中行名S1,S2…Sn为分析器的各个状态,列名X1,X2…Xp是全部文法符号(终结符号、非终结符号等,所以p>l) 两个表合并: 其中行名S1,S2…Sn为分析器的各个状态,列名a1,a2…al是全部终结符号和句子界符(句子界符即#)列名Xl,Xl+1…Xp是非终结符号
③输入符号串 ④主程序
以上算法主要是(1)(2),其中(1)是不能规约的情况,直接将分析的输入符号ai推入栈,并且将新状态同时入栈 (2)其实就是已经入栈的有一部分已经可以规约了,按照指定的产生式进行规约并出栈,同时选择下一状态
①规范句型的活前缀:指规范句型中不含句柄之右的符号的前缀。(如A→xBz的活前缀是ε和x) ② LR(0)项目:指右部某位置上标有圆点的产生式。 LR(0)项目可分为四类: 归约项目(A→ a.) 因为A的产生式全部在“.”前面(即都分析完毕了),所以可以规约 接受项目(S→ a.)因为从开始符已经将终结符号推出完了,所以归约成功 移进项目(A→ a.xβ 其中x为终结符)因为后面还有终结符,所以不能规约,要继续移进 待约项目(A→ a.Xβ其中X为非终结符)
产生式A→xyz对应有四个项目:
A→·xyz 活前缀不含句柄符号(意味着还没有识别出来A产生式右部的任何的一个符号) A→x·yz 活前缀含部分句柄符号(已经识别出来一个符号x) A→xy·z A→xyz· 活前缀含句柄所有符号 特别的:A→ε产生式的项目为A→.
冲突种类:移进规约项目、归约归约冲突 I8同时出现了移进项目和规约项目(移进规约冲突),进而其LR(0)分析表出现以下冲突
SLR(1)的DFA构造与LR(0)一模一样,接下来重点讨论其分析表的构造
消除冲突: 如果集合{a1, a2 ……, am},FOLLOW(B1), ………… FOLLOW(Bn)两两不相交,则隐含在I中的动作冲突可通过检查现行输入符号a属于上述n+1个集合中的哪一个而得到解决: 若a是某个ai ,i=1,2,………,m,则移进; 若a ∈ FOLLOW(Bi),i=1,2,……………,n,则用产生式Bi ->α归约; 此外报错
SLR(1)分析表构造步骤(标黄字段是与LR(0)构表过程的不同之处) (1)将文法拓广 (2)构造识别文法全部规范句型活前缀的DFA (3)求非终结符号Follow( )集合 (4)对每个项目集按以下四条规则填表: ① 若项目集Ii中有S’->S ·置[i,#]=acc ② 若项目集Ii中有A-> α· 的项目, A-> α 为第j个产生式,则将Follow(A)元素所在列置归约动作为rj ③ 若项目集Ii中形如A-> α·xβ的项目,若Go(Ii,x)=Ij,x为终结符,置[i,x]为Sj,x为非终结符,置[i,x]为j ④ 分析表中无定义的元素均表示”出错”
方法:将Follow集合按属性拆分为最小单位 ①重新定义项目:使每个项目后面附带一个终结符a [A->α·β,a ]。这样的项目称为LR(1)项目,a称为向前搜索符号。a的求法如下
【注意:向前搜索符号仅对归约项目有意义,对移进/待约项目无作用】 向前搜索符号解法: 对S’->.S,向前搜索符号为#; 对**[A->α·Bβ,a ]** ∈Closure(I), [B-> ·η,first(βa)] ∈ Closure(I) 【注意“,”只是分隔符,用来分开搜索符号,搜索符号为βa的first集】
②识别LR(1)文法全部活前缀的DFA构造方法
对LR(1)项目集的Closure(I)定义如下: •I中任何LR(1)项目都属于Closure(I); •若项目[A->α·Bβ,a ]属于Closure(I),B->η是一产生式,则 对FIRST(βα)中每个终结符b,若[B->· η,b ]不在Closure(I)中则加入之; •重复2直到Closure(I)不再增大为止。
③LR(1)分析表的构造(标黄为不同之处) 若项目[S’->S·,#] ∈Ii,则置ACTION[i,#]=acc 若归约项目[A->α ·,a ] ∈Ii,A->α为文法第j个产生式,则置ACTION[i,a] =rj 对每个项目集Ii中形如[A->α ·xβ,a ]的项目,若GO(Ii,x) =Ij,且x为一终结符b时,置ACTION[i,b]=Sj,若x为一非终结符,则置GOTO[I,x]=j 其余error 对给定文法用上述方法构造的LR(1)分析表,不含多重定义元素,称G为LR(1)文法。 【注意:向前搜索符号仅对归约项目有意义,对移进/待约项目无作 用】
