编译原理SLR(1)文法的C++实现（基于SLR(1)分析法的语法制导翻译及中间代码生成程序设计原理与实现）

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程序功能描述

完成以下描述赋值语句 SLR(1)文法语法制导生成中间代码四元式的过程。
G[A]:
A→V=E
E→E+T∣E-T∣T
T→T*F∣T/F∣F
F→(E)∣i
V→i
[设计说明] 终结符号i为用户定义的简单变量，即标识符的定义。
[设计要求]
（1）构造文法的SLR(1)分析表，设计语法制导翻译过程，给出每一产生式对应的语义动作；
（2）设计中间代码四元式的结构；
（3）输入串应是词法分析的输出二元式序列，即某赋值语句“专题1”的输出结果，输出为赋值语句的四元式序列中间文件；
设计两个测试用例（尽可能完备），并给出程序执行结果四元式序列。

 
主要数据结构描述
在实验中主要使用结构体进行各类属性的封装。此外，还用到了stack和list的结构，其中stack主要由数组进行简易实现，便于输出栈内内容；list使用C++ STL中的list进行动态的添加。以下对每一部分进行详细说明。
此处使用sentence结构体对于项目集族中的每个产生式的属性进行封装。finish表示该产生式是否完成规约，即点操作是否进行完毕；tag即用来表示当前点的位置，因产生式包含有左部和->符号，故从3开始计数；string类的str用于存储产生式的字符串。
typedef struct
{
int finish = 0;  //是否结束
int tag = 3;  //当前圆点的位置
string str;
}sentence;
此处用act结构体对构造的ACTION表进行存储。在实验中，我并没有使用二维数组进行ACTION表的存储，而是选用了一维的结构体：I代表输入的目前的状态，Vt代表输入的终结符号，tag用于表示是r类还是s类，action用于记录对应的r类的产生式标号或s类状态标号。
typedef struct
{
int I;  //当前状态
char Vt;  //终结符号
char tag;  //r||s
int action;  //动作
}act;
同上，此处使用结构体go对GOTO表进行存储。I表示输出的当前状态，Vn表示输入的非终结符，next_I表示GOTO的转移结果，形如GOTO(I, Vn) = next_I。
typedef struct
{
int I;  //当前状态
char Vn;  //非终结符
int next_I;  //转移状态
}go;
此处使用I进行构造项目集族时状态的存储。number对应于该项目的序号，如I0/I1等；l则为list<sentence>类型，用于存储该状态中的产生式。
typedef struct
{
int number;  //编号
list<sentence> l;
}I;  //状态
此处使用siyuanshi进行四元式的存储，形同四元式：(op, arg1, arg2, result)。在此不再赘述。
typedef struct
{
char op;
char arg1;
char arg2;
char result;
}siyuanshi;
此处使用var进行符号表的存储。在构造四元式的过程中，需要对于上一次的操作中新生成的结果进行记录，以便生成新的四元式时作为参数加入其中；故结构体中的name代表某一运算结果的变量名，如A/B/C/D；string类的value表示该变量对应的算术表达式（属性）。
typedef struct
{
char name;
string value;  //place
}var;  //变量
以下是一些变量的定义。在这些过程中用到了大量的list：首先进行状态集的定义，以list的形式对状态进行存储；之后是list-char的FIRST与FOLLOW集的定义；之后是list形式的ACTION表和GOTO表的定义，以及list-char的Vn/Vt集。最后，input用来存储输入串，在分析过程中也会使用input来主要进行分析。
list<I> DFA;  //状态集
list<char> *First;  //FIRST集
list<char> *Follow;  //FOLLOW集
list<act> ACTION;  //ACTION[i][j]
list<go> GOTO;  //GO[i][j]
list<char> Vt;  //终结符号集
list<char> Vn;  //非终结符号集
char input[100];
下面是分析栈、符号栈以及其属性栈的定义，分别存储状态号、符号以及其代表的属性，并且设立栈顶指针。下面使用list结构进行四元式的存储、记录可以产生四元式的产生式标号以及变量表中变量的存储。最后，在G[]数组中，进行文法的定义。本实验为自动造表，故此处可修改文法，仅作细微改动即可。
int S[100];  //分析栈
int S_top = 0;  //分析栈栈顶
char T[100];  //符号栈 栈顶与分析栈总相同
string value[100];  //存储符号的属性
list<siyuanshi> L_sys;  //四元式
list<int> sys;  //产生四元式的状态集
list<var> V;  //变量表


int result_count = 0;
string G[11] = { "S->A", "A->V=E","E->E+T","E->E-T","E->T","T->T*F","T->T/F","T->F","F->(E)","F->i","V->i" };


程序结构描述：

整个程序较为庞大，自动构造文法分析所需的表，包括Vt/Vn/FIRST/FOLLOW/ACTION/ GOTO/变量表，之后进行SLR(1)分析，并且构造四元式。在这里进行详细说明：


完成整个程序的思路是：
->读取文件(获取输入的实验一运行结果、得到表达式)
->扫描文法(构建终结符号、非终结符号集、First/Follow集)
->造表(构造项目集族、构造ACTION/GOTO、设置四元式)
->SLR分析(判断是否可以被分析程序接受、生成四元式)


读取文件：readfile()将文件中的实验一的运行结果读入，整合为字符数组，准备好以待匹配，同前几次试验，在此不做赘述。


扫描文法：scan()将文法数组G[]中的string字符串进行扫描，构造终结符号集和非终结符号集；之后按照SLR(1)文法中FIRST集和FOLLOW集的构造方法进行这两个集合的构造。在构造FIRST集时，用到了find函数，用来不断地递归查找产生式首符号为非终结符号的产生式，以构造FIRST集；在构造FOLLOW集时，使用到了findVn函数，用来返回指定的非终结符对应的标号，以进行FOLLOW集的计算。同时，通过不断的循环、加入，当所有非终结符的FOLLOW集总大小不变时，跳出循环，构造完成。至此，造表前的准备工作全部完成，接下来进入造表阶段。


造表：table()完成整个项目集族的生成以及ACTION/GOTO的构造，以及在造表过程中对于四元式的标注，也是个人认为整个程序中最难的部分。
首先，进行初始设定：添加文法的起始符号对应的产生式，用以从初态进行迭代；之后将该产生式(点还处在最开始的部位tag=3, 尚未进入规约状态finish=0)加入第一个状态I0中，接下来进行一波循环操作：首先对于当前所有的项目集族进行闭包操作，该功能被封装在闭包函数closure()中（函数中对于每一个点操作的非终结符均进行闭包操作，加入该状态中，最终返回经过闭包操作的该状态）；之后对于当前状态的每一条待移进的产生式分别进行移进操作，并添加为新的状态，等待循环到该状态时的闭包操作。在移进过程中，对于不是规约的（即尚可移进的）产生式，若点操作为非终结符，置GOTO(当前状态, 非终结符) = 新状态号；若为终结符，则置ACTION(当前状态，终结符号) = s+新状态号。若存在移进时的相同符号，则加入同一状态中，不再另设新状态。之后即为对于新状态的加入判断：若新状态的闭包操作closure()已经在已形成的项目集族中出现了，则不再添加这个新状态，并且修改对应的ACTION或者GOTO（一个pop()操作+一个push()操作）；否则添加。对于需要规约的产生式，首先对其进行判断是否可以产生四元式：若可以，则进行记录，以便之后判断；否则不进行记录。至此，造表结束，接下来正式进入分析阶段。


SLR分析：SLR()完成最终整个SLR(1)文法的分析任务，也包括分析过程中完成的四元式构建。在分析过程起始时，首先将状态I0压入栈中，分析开始：若ACTION(栈顶，当前符号)不是acc（在程序中为r0），则开始循环：如果是err（在程序中使用0代替），报错；否则如果是sj，状态栈、符号栈、属性栈均压栈，读取下一个符号；如果是ri，则通过需要规约第i条产生式，对于三个栈，执行第i条产生式右部的符号数次pop()操作，同时更新属性栈，用以后续的四元式生成工作；在生成四元式时，首先判断正在规约的产生式是否可以产生四元式，同时确定四元式的op，其次判断两个参数（arg1，arg2）是否为变量or变量组成的表达式。如果是表达式，则查找之前的符号表，进行代替操作。若中间不报错而跳出循环，则成功匹配。至此，按照事先约定好的输出格式进行输出，分析任务完成。


程序测试：
测试用例
在本程序中，使用文件进行读取表达式的操作。测试输入串放在text.txt中，测试用例如下：


测试用例1：

12,<i>
32,<=>
12,<a>
23,<*>
28,<(>
12,<b>
21,<+>
12,<c>
29,<)>
33,</>
12,<d>

测试用例2：

12,<r>
32,<=>
28,<(>
12,<a>
21,<+>
12,<e>
29,<)>
33,</>
12,<b>
23,<*>
28,<(>
12,<c>
22,<->
12,<d>
29,<)>

测试结果

测试1：

读入实验一结果：
12,<i>
32,<=>
12,<a>
23,<*>
28,<(>
12,<b>
21,<+>
12,<c>
29,<)>
33,</>
12,<d>


输入串为：i=a*(b+c)/d#


终结符号集：=+-*/()i#
非终结符号集：SAVETF
FIRST
S     i
A     i
V     i
E     ( i
T     ( i
F     ( i
FOLLOW
S     #
A     #
V     =
E     # + - )
T     # + - * / )
F     # + - * / )
状态0：
  S->·A
  A->·V=E
  V->·i
状态1：
  S->A·
状态2：
  A->V·=E
状态3：
  V->i·
状态4：
  A->V=·E
  E->·E+T
  E->·E-T
  E->·T
  T->·T*F
  T->·T/F
  T->·F
  F->·(E)
  F->·i
状态5：
  A->V=E·
  E->E·+T
  E->E·-T
状态6：
  E->T·
  T->T·*F
  T->T·/F
状态7：
  T->F·
状态8：
  F->(·E)