SLR 分析表构建算法实现：C# 代码详解

SLR 分析表构建算法 C# 实现详解

本文将使用 C# 代码实现 SLR 分析表构建算法，并提供详细的解释和示例。SLR 分析表是编译器语法分析阶段的关键数据结构，它指导语法分析器进行自底向上的分析。

代码结构

首先，定义几个类来表示 SLR 分析表构建过程中的核心数据结构：

SLRNode 类: 表示单个产生式，包含产生式的左部和右部。
SLRitemsets 类: 表示项目集，包含该项目集中的所有项目序号。
DFA 结构体: 表示自动机状态转移，包含转移的起始状态、转移符号和目标状态。
Table 类: 表示 SLR 分析表中的一个单元格，包含该单元格的类型（例如，归约、转移、接受）、状态序号等信息。

class SLR
{
    // 产生式结点类
    public class SLRNode
    {
        public string Left;
        public string Right;
        public SLRNode(string Left, string Right)
        {
            this.Left = Left;
            this.Right = Right;
        }
    }
    // 项目集类
    public class SLRitemsets
    {
        public List<int> Container = new List<int>(100);
        // 记录项目在项目集合中的序号
    }

    // DFA 结点
    public struct DFA
    {
        public int from;
        public char symbol;
        public int to;
        public DFA(int from, char symbol, int to)
        {
            this.from = from;
            this.symbol = symbol;
            this.to = to;
        }
    }

    // 分析表 结点
    public class Table
    {
        public bool error; // 是否为 ERROR
        public char type; // 结点类型
        public int id; // 数值
        public Table()
        {
            this.error = true;
        }
        public Table(char type, int id)
        {
            this.type = type;
            this.id = id;
            this.error = false;
        }
    }

    public DFA[] dfa = new DFA[100];
    public int Pindex = 0; // dfa 数组指针
    public Table[][] SLRAna; // 分析表
    public List<SLRNode> SLRproNum = new List<SLRNode>(50); // 产生式列表
    public List<SLRNode> SLRobjNum = new List<SLRNode>(50); // 项目列表
    public List<SLRitemsets> proitemset = new List<SLRitemsets>(100); // 项目集合
    public List<int> Gy_obj = new List<int>(50); // 归约项目序号集合
    public List<int> Gy_itemset = new List<int>(50); // 含有归约项目的集合的序号的集合
    public List<char> Nchar = new List<char>(50); // 非终结符集合
    public List<char> Echar = new List<char>(50); // 终结符集合

    // ... (其他方法) ...
}

构建 SLR 分析表

初始化 SLR 分析表: 将所有单元格标记为错误状态。
填充 SLR 分析表: 遍历每个项目集，对每个项目集中的每个项目进行如下操作：
- 对于项目 A → α·Bβ，如果 B 是非终结符:
  - 对于所有终结符 a，将当前项目集的状态转移到包含项目 B → ·γ 的项目集 J，其中 γ 是任意字符串。
  - 如果 B 是开始符号，将当前项目集的状态转移到接受状态。
- 对于项目 A → α·，如果 A 不是 S':
  - 对于所有终结符 a，将当前项目集的状态标记为归约状态，归约为 A → α。
  - 如果 A 是 S'，则只有当 a 为 # 时，将当前项目集的状态标记为归约状态，归约为 S' → S。
- 对于每个项目集 I，对于所有非终结符 B:
  - 如果存在转移 B → J，则将 I 的状态标记为转移状态，转移到项目集 J。

代码实现

public void SLRAnaly()
{
    // 初始化 SLR 分析表
    SLRAna = new Table[proitemset.Count][];
    for (int i = 0; i < proitemset.Count; i++)
    {
        SLRAna[i] = new Table[Echar.Count + Nchar.Count]; // 终结符和非终结符的数量之和
        for (int j = 0; j < Echar.Count + Nchar.Count; j++)
        {
            SLRAna[i][j] = new Table();
        }
    }

    // 填充 SLR 分析表
    for (int i = 0; i < proitemset.Count; i++)
    {
        List<int> lr_item = proitemset[i].Container; // 当前项目集合
        for (int j = 0; j < lr_item.Count; j++)
        {
            SLRNode obj = SLRobjNum[lr_item[j]];
            if (obj.Right.IndexOf('.') == obj.Right.Length - 1) // 归约项目
            {
                if (obj.Left == "S'") // S' → S
                {
                    SLRAna[i][Echar.IndexOf('#')] = new Table('A', 0); // 接受状态
                }
                else
                {
                    for (int k = 0; k < Echar.Count; k++)
                    {
                        SLRAna[i][k] = new Table('R', SLRproNum.IndexOf(new SLRNode(obj.Left, obj.Right.Remove(obj.Right.Length - 1)))); // 归约状态
                    }
                }
            }
            else
            {
                char symbol = obj.Right[obj.Right.IndexOf('.') + 1]; // 转移符号
                if (isFinalsymbol(symbol)) // 终结符
                {
                    int index = Echar.IndexOf(symbol);
                    List<int> lr2_club = Goto(lr_item, symbol); // 转移后的项目集
                    int value = isexist(lr2_club); // 判断是否存在相同的项目集
                    if (value == -1) // 不存在相同的项目集
                    {
                        SLRAna[i][index] = new Table('S', proitemset.Count); // 转移状态
                        SLRitemsets LR_C2 = new SLRitemsets();
                        dfa[Pindex++] = new DFA(i, symbol, proitemset.Count); // 记录 DFA
                        LR_C2.Container = lr2_club;
                        proitemset.Add(LR_C2); // 添加新的项目集
                    }
                    else
                    {
                        SLRAna[i][index] = new Table('S', value); // 转移状态
                        dfa[Pindex++] = new DFA(i, symbol, value); // 记录 DFA
                    }
                }
                else // 非终结符
                {
                    int index = Nchar.IndexOf(symbol);
                    List<int> lr2_club = Goto(lr_item, symbol); // 转移后的项目集
                    int value = isexist(lr2_club); // 判断是否存在相同的项目集
                    if (value == -1) // 不存在相同的项目集
                    {
                        SLRAna[i][Echar.Count + index] = new Table('G', proitemset.Count); // 转移状态
                        SLRitemsets LR_C2 = new SLRitemsets();
                        dfa[Pindex++] = new DFA(i, symbol, proitemset.Count); // 记录 DFA
                        LR_C2.Container = lr2_club;
                        proitemset.Add(LR_C2); // 添加新的项目集
                    }
                    else
                    {
                        SLRAna[i][Echar.Count + index] = new Table('G', value); // 转移状态
                        dfa[Pindex++] = new DFA(i, symbol, value); // 记录 DFA
                    }
                }
            }
        }
    }
}

代码解释

SLRAnaly() 函数:
- 初始化 SLR 分析表 SLRAna，维度为项目集数量乘以终结符和非终结符的数量之和。
- 遍历每个项目集 proitemset[i]，对每个项目集中的项目 lr_item[j] 进行判断。
- 如果当前项目是归约项目（'.' 位于项目右部末尾），则根据项目左部是否为开始符号 S' 进行不同的操作：
  - 如果是开始符号，则将分析表对应位置标记为接受状态 A，序号为 0。
  - 否则，将分析表对应位置标记为归约状态 R，序号为该项目对应的产生式在 SLRproNum 中的索引。
- 如果当前项目不是归约项目，则根据转移符号 symbol 是否为终结符进行不同的操作：
  - 如果是终结符，则调用 Goto() 函数计算转移后的项目集，并根据项目集是否存在相同的项目集进行不同的操作。如果存在，将分析表对应位置标记为转移状态 S，序号为该项目集的索引。否则，新建一个项目集，并将其添加到 proitemset 中，同时将分析表对应位置标记为转移状态 S，序号为新项目集的索引。
  - 如果是非终结符，则类似终结符的操作，将分析表对应位置标记为转移状态 G，并记录 DFA 状态转移信息。

总结

本文通过 C# 代码实现 SLR 分析表构建算法，并详细解释了代码中每个步骤的逻辑。掌握 SLR 分析表的构建过程，是理解编译器语法分析的关键，也是学习其他语法分析方法（如 LALR、LR(1)）的基础。