从零写一个编译器(六):语法分析之表驱动语法分析

项目的完整代码在 C2j-Compiler

前言

上一篇已经正式的完成了有限状态自动机的构建和足够判断reduce的信息,接下来的任务就是根据这个有限状态自动机来完成语法分析表和根据这个表来实现语法分析

reduce信息

在完成语法分析表之前,还差最后一个任务,那就是描述reduce信息,来指导自动机是否该进行reduce操作

reduce信息在ProductionsStateNode各自的节点里完成,只要遍历节点里的产生式,如果符号“.”位于表达式的末尾,那么该节点即可根据该表达式以及表达式对应的lookAhead set得到reduce信息

reduce信息用一个map来表示,key是可以进行reduce的符号,也就是lookahead sets中的符合,value则是进行reduce操作的产生式

public HashMap<Integer, Integer> makeReduce() {
      HashMap<Integer, Integer> map = new HashMap<>();
      reduce(map, this.productions);
      reduce(map, this.mergedProduction);

      return map;
  }

  private void reduce(HashMap<Integer, Integer> map, ArrayList<Production> productions) {
      for (int i = 0; i < productions.size(); i++) {
          if (productions.get(i).canBeReduce()) {
              ArrayList<Integer> lookAhead = productions.get(i).getLookAheadSet();
              for (int j = 0; j < lookAhead.size(); j++) {
                  map.put(lookAhead.get(j), (productions.get(i).getProductionNum()));
              }
          }
      }
  }

语法分析表的构建

语法分析表的构建主要在StateNodeManager类里,可以先忽略loadTable和storageTableToFile的逻辑,这一部分主要是为了储存这张表,能够多次使用

主要逻辑从while开始,遍历所有节点,先从跳转信息的Map里拿出跳转关系和跳转的目的节点,然后把这个跳转关系(这个本质上对应的是一开始Token枚举的标号)和目的节点的标号拷贝到另一个map里。接着拿到reduce信息,找到之前对应在lookahead set里的符号,把它们的value改写成- (进行reduce操作的产生式编号),之所以写成负数,就是为了区分shift操作。

所以HashMap<Integer, HashMap<Integer, Integer>>这个数据结构作为解析表表示:

  1. 第一个Integer表示当前节点的编号
  2. 第二个Integer表示输入字符
  3. 第三个Integer表示,如果大于0则是做shift操作,小于0则根据推导式做reduce操作
public HashMap<Integer, HashMap<Integer, Integer>> getLrStateTable() {
      File table = new File("lrStateTable.sb");
      if (table.exists()) {
          return loadTable();
      }

      Iterator it;
      if (isTransitionTableCompressed) {
          it = compressedStateList.iterator();
      } else {
          it = stateList.iterator();
      }

      while (it.hasNext()) {
          ProductionsStateNode state = (ProductionsStateNode) it.next();
          HashMap<Integer, ProductionsStateNode> map = transitionMap.get(state);
          HashMap<Integer, Integer> jump = new HashMap<>();

          if (map != null) {
              for (Map.Entry<Integer, ProductionsStateNode> item : map.entrySet()) {
                  jump.put(item.getKey(), item.getValue().stateNum);
              }
          }

          HashMap<Integer, Integer> reduceMap = state.makeReduce();
          if (reduceMap.size() > 0) {
              for (Map.Entry<Integer, Integer> item : reduceMap.entrySet()) {

                  jump.put(item.getKey(), -(item.getValue()));
              }
          }

          lrStateTable.put(state.stateNum, jump);
      }

      storageTableToFile(lrStateTable);

      return lrStateTable;
  }

表驱动的语法分析

语法分析的主要过程在LRStateTableParser类里,由parse方法启动.

和第二篇讲的一样需要一个输入堆栈,节点堆栈,其它的东西现在暂时不需要用到。在初始化的时候先把开始节点压入堆栈,当前输入字符设为EXT_DEF_LIST,然后拿到语法解析表

public LRStateTableParser(Lexer lexer) {
    this.lexer = lexer;
    statusStack.push(0);
    valueStack.push(null);
    lexer.advance();
    lexerInput = Token.EXT_DEF_LIST.ordinal();
    lrStateTable = StateNodeManager.getInstance().getLrStateTable();
}

语法解析的步骤:

  • 拿到当前节点和当前字符所对应的下一个操作,也就是action > 0是shift操作,action < 0是reduce操作
  • 如果进入action > 0,也就是shift操作
    1. 把当前状态节点和输入字符分别压入堆栈
    2. 这里要区分如果当前的字符是终结符,这时候就可以直接读入下一个字符
    3. 但是这里如果是非终结符,就应该直接用当前字符跳转到下一个状态。这里是一个需要注意的一个点,这里需要把当前的这个非终结符,放入到下一个节点的对应输入堆栈中,这样它进行reduce操作时弹出退栈的符号才是正确的
  • 如果action > 0,也就是reduce操作
    1. 拿到对应的产生式
    2. 把产生式右边对应的状态节点弹出堆栈
    3. 把完成reduce的这个符号放入输入堆栈
public void parse() {
      while (true) {
          Integer action = getAction(statusStack.peek(), lexerInput);

          if (action == null) {
              ConsoleDebugColor.outlnPurple("Shift for input: " + Token.values()[lexerInput].toString());
              System.err.println("The input is denied");
              return;
          }

          if (action > 0) {
              statusStack.push(action);
              text = lexer.text;

              // if (lexerInput == Token.RELOP.ordinal()) {
              //     relOperatorText = text;
              // }

              parseStack.push(lexerInput);

              if (Token.isTerminal(lexerInput)) {
                  ConsoleDebugColor.outlnPurple("Shift for input: " + Token.values()[lexerInput].toString() + "   text: " + text);

                  // Object obj = takeActionForShift(lexerInput);

                  lexer.advance();
                  lexerInput = lexer.lookAhead;
                  // valueStack.push(obj);
              } else {
                  lexerInput = lexer.lookAhead;
              }
          } else {
              if (action == 0) {
                  ConsoleDebugColor.outlnPurple("The input can be accepted");
                  return;
              }

              int reduceProduction = -action;
              Production product = ProductionManager.getInstance().getProductionByIndex(reduceProduction);
              ConsoleDebugColor.outlnPurple("reduce by product: ");
              product.debugPrint();

              // takeActionForReduce(reduceProduction);

              int rightSize = product.getRight().size();
              while (rightSize > 0) {
                  parseStack.pop();
                  // valueStack.pop();
                  statusStack.pop();
                  rightSize--;
              }

              lexerInput = product.getLeft();
              parseStack.push(lexerInput);
              // valueStack.push(attributeForParentNode);
          }
      }
  }

  private Integer getAction(Integer currentState, Integer currentInput) {
      HashMap<Integer, Integer> jump = lrStateTable.get(currentState);
      return jump.get(currentInput);
  }

歧义性语法

到现在已经完成了语法分析的所有内容,接下来就是语义分析了,但是在这之前还有一个需要说的是,我们当前构造的有限状态自动机属于LALR(1)语法,即使LALR(1)语法已经足够强大,但是依旧有LALR(1)语法处理不了的语法,如果给出的推导式不符合,那么这个有限状态自动机依旧不能正确解析,但是之前给出的语法都是符合LALR(1)语法的

小结

这一篇主要就是

  • 利用有限状态自动机和reduce信息完成语法解析表
  • 利用语法解析表实现表驱动的语法解析
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