《编译原理LR分析》课件VIP

编译原理LR分析LR分析法是编译原理中一种重要的语法分析方法。它可以有效地识别上下文无关文法，并生成语法树。LR分析的概念自下而上分析LR分析器从输入字符串的开始符号开始，逐步向右扫描，将输入符号归约为非终结符。语法分析LR分析是一种自下而上的语法分析方法，主要用于编译器中进行语法分析。LR(k)分析LR分析器使用一个有限状态机来识别输入符号，并根据状态转换表进行归约操作。LR分析的特点自底向上分析LR分析器从输入符号开始，逐步构建语法树，直到最终的开始符号。无回溯LR分析器在分析过程中不会回溯，保证分析的效率和准确性。强大的分析能力LR分析可以处理大多数上下文无关文法，包括许多复杂的语言结构。LR分析的应用场景编译器LR分析是编译器中语法分析的关键技术，被广泛应用于各种编程语言的编译器中。形式语言LR分析适用于各种形式语言的语法分析，包括正则表达式、上下文无关文法等。解析器生成器LR分析方法是许多解析器生成器（如Yacc）的基础，可以自动生成语法分析器。LR分析的基本过程1输入源代码2词法分析识别词法单元3语法分析构建语法树4语义分析类型检查，中间代码生成5目标代码生成生成可执行代码LR分析器通过一系列步骤将源代码转换为可执行代码。首先，词法分析器会识别出源代码中的词法单元，例如标识符、关键字、运算符等。然后，语法分析器将词法单元组织成语法树，并利用LR分析表进行语法检查。最后，语义分析器会对语法树进行类型检查，生成中间代码，并最终生成目标代码。构建LR(0)自动机起始状态自动机包含一个起始状态，表示分析过程的初始点，它对应文法开始符号的项目集。项目集每个状态对应一个项目集，项目集包含语法规则中不同位置的点标记，表示分析器在该状态可以识别的语法结构。状态转换根据输入符号和当前状态，自动机通过状态转换函数转移到下一个状态，每个转换对应一个项目集的扩展和新符号的识别。接受状态当分析器识别到文法的开始符号时，自动机进入接受状态，表示分析成功。LR(0)自动机状态转换表LR(0)自动机状态转换表是一种用于描述LR(0)分析器的状态转换关系的表格。它包含了所有状态以及每个状态在遇到不同输入符号时的转移目标。状态转换表通常以表格的形式表示，其中行代表状态，列代表输入符号，表格中的每个单元格表示当前状态在遇到对应输入符号时的下一个状态。1状态表示LR(0)自动机中的每个状态。2输入符号表示语法分析过程中可能遇到的每个符号。3转移目标表示当前状态在遇到对应输入符号时的下一个状态。LR(0)项目集规范集LR(0)项目集规范集是LR分析器中重要的概念，它代表着语法分析过程中可能出现的各种状态。每个状态都对应一个项目集，项目集包含了语法规则中的所有可能状态，用于指导分析器识别输入符号，进行状态转换。状态项目集动作S0{S'->.E,E->.E+T,E->.T,T->.T*F,T->.F,F->.id}移进S1{E->E+.T,E->T.,T->T*.F,T->F.,F->.id}移进、规约LR(0)分析算法1初始化将输入符号串置于输入缓冲区，将分析栈置为空，并将状态机设置为初始状态。2匹配从输入缓冲区读取一个符号，并与当前状态匹配。3移进若匹配成功，则将符号移入分析栈，并将状态机转换到下一个状态。4规约若匹配失败，则根据当前状态和分析栈中的符号，进行规约操作，将分析栈中的符号序列替换为相应的非终结符。LR(0)分析算法是一个自底向上的分析方法，它通过不断地将输入符号串与当前状态进行匹配，并根据匹配结果进行移进或规约操作，最终将输入符号串解析为语法树。LR(1)分析方法11.预测分析LR(1)分析方法采用预测分析技术，预测下一个输入符号，选择相应的动作。22.状态转换根据预测结果，自动机进行状态转换，并选择相应的语法动作。33.错误处理在分析过程中，如果遇到错误，LR(1)分析方法可以采取相应的错误恢复措施。44.语义分析在分析过程中，LR(1)分析方法还可以进行语义分析，检查语法结构的正确性。LR(1)自动机的构建1扩展项目集将LR(0)项目集中的每个项目扩展为LR(1)项目，即在每个项目后面添加一个“展望符号”，表示该项目在当前状态下可能遇到的下一个输入符号。2状态转换根据LR(1)项目集的“展望符号”进行状态转换，将具有相同项目集的LR(1)项目归入同一个状态，并构建状态转换表。3添加新状态根据状态转换关系，可能需要添加新的LR(1)状态，直到所有项目集都被分配到一个状态。LR(1)分析算法初始化将分析栈初始化为空栈，输入缓冲区装入待分析的源程序，状态指针指向输入缓冲区的第一个符号。匹配如果栈顶符号与当前输入符号匹配，则弹出栈顶符号，并移动状态指针指向下一个符号。规约如果栈顶符号序列可以根据语法规则规约为某个非终结符，则根据该规则规约栈顶符号序列，并将该非终结符压入栈顶。接受如果栈顶符号为开始符号，并且输入缓冲区为空，则分析成功。错误处理如果在分析过程中出现错误，则需要进行错误恢复操作，例如插入或删除符号。LALR(1)分析算法LALR(1)分析算法LALR(1)分析算法是LR(1)分析算法的简化版本。LALR(1)分析算法通过合并LR(1)自动机中状态相同、且动作相同的项目集来减少状态数量。优势LALR(1)分析算法相对于LR(1)分析算法，具有更小的状态数量。这使得LALR(1)分析算法在实际应用中更易于实现。LALR(1)自动机的构建1LR(0)项目集规范集通过LR(0)分析方法生成的项目集规范集2合并状态将具有相同项目的LR(0)状态合并3构建LALR(1)状态机生成LALR(1)自动机，包含状态和转换4添加动作表为每个状态添加动作表，用于解析输入LALR(1)分析方法通过合并LR(0)项目集规范集中的状态来构建自动机。首先，它通过分析LR(0)项目集规范集确定需要合并的状态。然后，它将这些状态合并为单个状态，并构建新的状态机。最后，它添加动作表，用于指示分析器在每个状态下应该执行的操作。LALR(1)分析算法1初始化将输入符号串压入符号栈，并将状态0压入状态栈2匹配根据当前状态和输入符号，从状态转换表中查找下一个状态3规约如果当前状态是规约状态，则根据规约规则进行规约操作4接受如果状态栈顶为状态0，并且输入符号为空，则接受输入LALR(1)分析算法是LR分析的常见变体，它结合了LR(0)和LR(1)的优点，在实际应用中十分广泛。该算法通过构建LALR(1)自动机来实现语法分析，通过状态转换表来进行匹配和规约操作，最终判定输入符号串是否符合语法规则。SLR(1)分析方法简化LR(1)SLR(1)分析方法是一种简化的LR(1)分析方法，它通过简化LR(1)自动机的构建过程来提高效率。状态转换表SLR(1)分析方法使用一个状态转换表来指导分析过程，该表包含状态、输入符号和动作。冲突处理SLR(1)分析方法可以通过查看状态转换表中的冲突来判断语法分析是否成功。应用场景SLR(1)分析方法适用于一些简单的语法分析场景，例如简单的表达式解析。SLR(1)自动机的构建1创建LR(0)自动机首先，构建语法分析器的LR(0)自动机。这个自动机包含每个状态的所有可能的项目集合，每个项目表示语法规则的某个部分。每个状态表示一个特定点上的分析器可能遇到的状态。2添加跟随集接下来，对于每个LR(0)项目，识别所有出现在项目右部点后面的终结符的集合，称为“跟随集”。跟随集表示在特定状态下，哪些终结符可以出现在该状态下项目右部点后面的位置。3合并相同状态最后，比较LR(0)自动机中具有相同项目集合和相同跟随集的状态。如果发现两个状态具有相同项目集合和跟随集，则合并这两个状态，形成SLR(1)自动机。该过程简化了自动机的结构，并确保分析器能够正确地处理语法分析中的歧义。SLR(1)分析算法1初始化首先，创建一个状态栈和输入符号栈，并将状态栈初始化为状态0，输入符号栈初始化为输入符号串加上结束符号$。2匹配过程根据当前状态和输入符号，使用SLR(1)分析表进行匹配，如果匹配成功，则将相应的动作（移进或规约）执行。3规约过程如果分析表中对应动作是规约，则根据规约规则将栈顶的符号弹出，并将相应的非终结符压入状态栈，并更新输入符号栈。4结束条件当输入符号栈为空且状态栈仅包含状态0时，分析过程结束，否则继续匹配和规约。冲突处理移进-归约冲突当分析器遇到一个输入符号时，既可以移进该符号，也可以使用某个产生式进行归约，此时就会出现移进-归约冲突。归约-归约冲突当分析器遇到一个输入符号时，可以使用多个产生式进行归约，就会出现归约-归约冲突。错误处理语法错误语法错误通常发生在编译器分析源代码时，例如关键字拼写错误、缺少分号等，编译器会给出错误信息，并停止编译。语义错误语义错误指的是代码语法正确，但逻辑错误，例如变量类型不匹配、数组越界访问等，编译器通常无法检测到语义错误，需要通过运行时检测。错误恢复编译器在遇到错误时，会尝试进行错误恢复，跳过错误部分，继续进行编译，以尽可能减少错误的影响。语义分析检查语义语义分析检查源代码是否符合语言语义规则，例如变量类型是否匹配、函数参数是否正确等。符号表语义分析过程中会使用符号表来记录变量、函数等信息，以便进行类型检查和引用解析。抽象语法树语义分析通常会将源代码转换为抽象语法树，以便进行后续的代码优化和生成。中间代码生成中间代码是编译器将源代码翻译成目标代码的中间产物。它是一种抽象的表示形式，可以更容易地进行优化和生成目标代码。中间代码通常采用三地址码的形式，每个指令包含三个操作数。1目标代码生成将中间代码翻译成目标机器代码2优化对中间代码进行优化，提高执行效率3中间代码生成将源代码翻译成中间代码目标代码生成1目标代码生成将中间代码转换为目标机器的机器指令2汇编语言生成汇编语言代码，便于调试和理解3优化优化目标代码，提高效率和性能4代码生成生成可执行的机器代码目标代码生成是编译器的重要阶段，将中间代码转换为目标机器的机器指令。目标代码生成器需要考虑目标机器的指令集、寄存器分配、内存管理等因素。为了提高代码效率和性能，目标代码生成器通常会进行各种优化，例如指令调度、寄存器分配、代码重排等。代码优化删除冗余代码移除重复代码，减少代码大小，提高程序效率。优化循环结构使用更有效的循环方式，例如使用迭代器，避免不必要的循环操作。减少内存占用避免创建不必要的对象，使用数据结构和算法，减少内存占用。优化数据访问使用索引、缓存等技术，提高数据访问效率，缩短程序执行时间。扩展主题：LR分析的变种GeneralizedLR分析该变种允许在分析过程中使用更多信息。增量LR分析可以逐步构建分析表，适合处理大型语法。混合LR分析结合不同LR分析方法的优点，提高分析效率。应用案例分享LR分析在编译器设计中得到了广泛应用。例如，GCC、LLVM等知名编译器都采用了LR分析技术来进行语法分析。LR分析方法还可以应用于其他领域，例如自然语言处理、代码生成等。LR分析方法的应用可以提高编译器的效率和可靠性。它可以帮助编译器快速识别语法错误，并生成高效的代码。LR分析技术还可以为其他语言处理任