by31.cpp

关于编译原理的实验完全代码

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//版权所有：台州学院信息与电子工程学院计算机系 应老师
//制作日期：2003年10月25日
//《编译原理》试验示例
//
//程序功能：
//根据算符优先分析法，将表达式进行语法分析，判断一个表达式是否正确。
//文法：E→E+E|E-E|E*E|E/E|(E)|i
//		其中i为无符号整数
//
//例：
//输入：10;
//输出：正确
//输入：1+2;
//输出：正确
//输入：(1+2)/3+4-(5+6/7);
//输出：正确
//输入：((1-2)/3+4;
//输出：错误
//
//输入测试数据保存在同目录的文本文件testin.txt中，保存格式：
//		表达式行;
//		表达式行;
//		.....
//预期的输出保存在同目录的文本文件testout.txt中，保存格式：
//		表达式行;
//      正确/错误
//		表达式行;
//      正确/错误
//		.....
/////////////////////////////////////////////////////////////////

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#define TRUE 1
#define FALSE 0

//文件信息：
#define TESTIN_FILENAME "testin.txt"
#define TESTOUT_FILENAME "testout.txt"
FILE * fTestIn;
FILE * fTestOut;	//打开文件后的柄

//运算符定义：
#define O_NUMBER 8		//运算符个数，+-*/()i#
#define O_PLUS 0	// 加+
#define O_MINUS 1	// 减-
#define O_TIMES 2	// 乘*
#define O_SLASH 3	// 除/
#define O_L_PAREN 4	//左括号(parenthesis)
#define O_R_PAREN 5	//右括号
#define O_IDENT 6	//标识符
#define O_NUL 7		//语法界符#

//表达式缓冲区：由专门函数操作（ReadFormula(),GetChar()）
#define BUFFER_SIZE 1000	//表达式缓冲区大小
char Buffer[BUFFER_SIZE];	//表达式缓冲区，以'\0'表示结束
int ipBuffer = 0;		//表达式缓冲区当前位置序号

//算符优先关系表：
char O_Table[O_NUMBER][O_NUMBER] = {
	{'>','>','<','<','<','>','<','>'},
	{'>','>','<','<','<','>','<','>'},
	{'>','>','>','>','<','>','<','>'},
	{'>','>','>','>','<','>','<','>'},
	{'<','<','<','<','<','=','<','-'},
	{'>','>','>','>','-','>','-','>'},
	{'>','>','>','>','-','>','-','>'},
	{'<','<','<','<','<','-','<','='}
	};	//优先关系表：八个字符分别是+-*/()i#,其中'-'表示出错

//文法：
#define OG_NUMBER 6	//文法个数
char OG[OG_NUMBER][4] = {"E+E","E-E","E*E","E/E","(E)","i"};	//文法右部

//单词序列存放格式定义：
#define TOKEN_MAX_LENTH 100		//最大的单词长度+1
typedef struct 
	{
		char ch;	//存放字符：+-*/()i#E
		int No;	//存放算符优先关系表中的序号
		//double Value;	//当ch==i时，且为数值时，存放值的大小
	} SToken;
#define MAX_TOKEN_NUMBER 1000	//在一个表达式中允许最大的单词个数
SToken Token[MAX_TOKEN_NUMBER];	//单词序列，最后一个以“#”结束
int TokenNumber = 0;	//单词序列中包含的单词个数
int ipToken = 0;	//进行“移进-规约”时的位置指示

//堆栈：由专门的函数操作（PopUp(),Push(),…）
#define STACK_MAX_SIZE 1000	//堆栈最大存储量
SToken Stack[STACK_MAX_SIZE];	//堆栈
int ipStack = 0;		//堆栈指针，指向栈顶（下一个空位置）

//词法分析专用全局变量：
char ch;	//存放取得的一个字符
//char AToken[TOKEN_MAX_LENTH];	//存放组成的单词，存放时以\0为结束
//int ipAToken;	//用于读字符时，指向下一个AToken[]的位置，便于组成单词

//错误信息：
char * ErrMsg;	//出错信息

//函数声明：
bool Judge(); //利用算符优先关系表判断单词序列是否正确
int GuiYue(); //规约，并判断是否完成
bool IsOK(); //判断规约是否全部完成
bool GuiYueN(int n); //将堆栈中0~n单词规约
int FindPriorOp(int Begin); //在堆栈中，从Begin开始，查找前一个终结符位置
int MoveIn(); //移进，并判断是否需要规约
void JudgeInit(); //（利用算符优先关系表判断单词序列是否正确）判断前的初始化
SToken Peek(int n); //窥视堆栈
bool PopUp(int n); //弹出堆栈
void PushToken(char ch, int O_No); //压栈（以字符形式）
void Push(SToken Token); //压栈
bool Init(); //全局初始化
void End(); //程序退出前作善后处理
void OutPut(char * Formula, char * Result); //将结果输出到文件
bool ReadFormula(); //从文件中读出一个表达式存于表达式缓冲区Buffer[]中，以'\0'结束，并置ipBuffer=0；
bool ChangeToTokens(); //将表达式分割成单词序列
char GetFirstChar(); //从表达式缓冲区中取到下面第一个非空字符
char GetChar(); //从表达式缓冲区取一个字符，返回该字符的同时将它存于全局变量ch中
bool MakeErr(char * ErrMassage); //生成错误信息，错误信息存于全局变量ErrMsg中
///////////////////////////////////////

void main()
{
	if(! Init()) //初始化
	{
		printf("初始化失败！程序不能继续。错误信息如下：\n%s\n",ErrMsg);
		exit(0);
	}

	while(ReadFormula())	//从文件中读表达式成功
	{
		if(ChangeToTokens())	//将表达式分割成单词序列
		{
        	if(Judge())	//利用算符优先关系表判断表达式（单词序列）是否正确
				OutPut(Buffer,"正确！");
			else
				OutPut(Buffer,ErrMsg); //输出错误信息
		}
		else //出错
		{
			OutPut(Buffer,ErrMsg); //输出错误信息
		}
	}
	End(); //程序退出前作善后处理
}

//利用算符优先关系表判断单词序列是否正确
//返回：TRUE正确；FALSE错误，且错误信息存于ErrMsg
//本函数的实现思路：
//    将单词序列进行“移进-规约”操作，最后判断是否能全部完成
//    使用到：堆栈（SToken Stack[]）、文法（char OG[][]）、算符优先关系表（char O_Table[][]）等
bool Judge()
{
	JudgeInit();
	PushToken('#',O_NUL);	//将“#”号置栈底
	while(TRUE)	//进行“移进-规约”操作
	{
		switch(MoveIn())
		{
		case 1: //需要规约
			switch(GuiYue())//规约
			{
			case 1: //这一步规约成功
				break;
			case 2: //规约全部完成
				return TRUE;
			default: //出错
				ErrMsg = "规约错误。";
				return FALSE;
			}
			break;
		case 2: //需要继续移进
			break;
		default: //出错
			return FALSE;
		}
	}
}

//规约，并判断是否完成
//返回：-1出错，1这一步规约成功，2规约全部完成
int GuiYue()
{
	int n0,n;
	char r; //存优先关系

	n = FindPriorOp(-1); //取得堆栈中第一个终结符
	if(Peek(n).ch == '#') //出错或全部结束
	{
		if(IsOK())
			return 2;
		else
			return -1;
	}
	while(TRUE)
	{
		n0 = n;
		n = FindPriorOp(n0); //前一个终结符的堆栈位置
		if(n - n0 > 2) //出错（多个非终结符相邻）
			return -1;
		r = O_Table[Peek(n).No][Peek(n0).No];
		if(r == '<') //寻找结束
		{
			if(! GuiYueN(n - 1)) //规约（从前一个后的字符开始）规约失败
				return -1;
			else //规约成功，还要判断是否全部完成
			{
				if(IsOK())
					return 2; //规约全部完成
				else
					return 1; //这一步规约成功
			}
		}
		else if(r == '=') //继续向前找
		{
			continue;
		}
		else //出错（r为>或没有关系）
			return -1;
	}
}

//判断规约是否全部完成
//返回：TRUE全部完成；FALSE没有完成
bool IsOK()
{
	//if(Peek(1) == NULL) return FALSE;
	if(Peek(0).ch == 'E'&& Peek(1).ch == '#' && Token[ipToken].ch == '#')
		return TRUE;
	else
		return FALSE;
}

//返回：TRUE成功，FALSE失败
bool GuiYueN(int n) //将堆栈中0~n单词规约
{
	int i,j;
	bool k;
	for(i=0;i<OG_NUMBER;i++) //将规约串和文法右部OG[][]每一个进行比较
	{
		for(j=n,k=FALSE;j>=0;j--)
		{
			if(OG[i][n-j] != Peek(j).ch)
			{
				k = TRUE; //TRUE表示规约串和文法右部不符，
				break;
			}
		}
		if(k) continue; 
		//k==FALSE表示规约串判断完成
		if(OG[i][n+1]=='\0') //文法也判断完成，匹配成功
		{
			PopUp(n + 1); //弹出规约串
			PushToken('E',O_IDENT); //压入左部“E”
			return TRUE;
		}
	}
	return FALSE;
}

//在堆栈中，从Begin开始，查找前一个终结符位置
//如果从开始找，让 Begin = -1
int FindPriorOp(int Begin)
{
	int n;
	n = Begin + 1;
	while(Peek(n).ch == 'E')
	{
		n ++;
	}
	return n;
}

//移进，并判断是否需要规约
//返回：-1出错，1需要规约，2可继续移进
//   1.单词结束（遇到“#”号），无法移进，需要规约，返回：1
//   2.单词没有结束，需判断是否可以移进
//     2-1.堆栈单词<=单词：移进后返回：2
//     2-2.堆栈单词>单词：不能移进，需要规约，返回：1
//     2-3.两单词没有优先关系：出错，返回：-1
int MoveIn()
{
	SToken s,t; //分别存堆栈顶单词和单词序列的第一个单词
	char r; //存放优先关系
	s = Peek(FindPriorOp(-1)); //取得堆栈中第一个终结符位置
	t = Token[ipToken];
	r = O_Table[s.No][t.No];
	if(t.ch == '#') //单词结束，无法移进，需要规约
		return 1;
	else //单词没有结束，需判断是否可以移进
	{
		if(r == '<' || r == '=') //需要移进
		{
			Push(t);
			ipToken ++;
			return 2;
		}
		else if(r == '>') //不能移进，需要规约
			return 1;
		else //没有优先关系，出错
		{
			MakeErr("移进时出现两个没有优先关系的相邻单词。");
			return -1;
		}
	}
}

//（利用算符优先关系表判断单词序列是否正确）判断前的初始化
//由于多个表达式需要依次判断，因此对每个表达式判断前都需要初始化
void JudgeInit()
{
	ipStack = 0; //堆栈初始化（如果有专门的StackClear()函数则更好）

	ipToken = 0; //指向首个单词
}

//窥视堆栈
//参数：n相对栈顶的位置（0开始）
//成功返回：返回单词
//不成功返回：NULL
SToken Peek(int n)
{
	SToken Token;
	if(n > 0 || n < ipStack) 
		Token = Stack[ipStack - n - 1];
	else if(n < 0)
		Token = Stack[ipStack - 1];
	else
		Token = Stack[0];
	return Token;
}

//弹出堆栈
//参数：n弹出单词个数（不能全部弹空，即保留#号）
//不成功返回：FALSE
//成功返回：TRUE
bool PopUp(int n)
{
	if(ipStack < 2) return FALSE; //只剩0个或1个
	if(n > ipStack - 1) n = ipStack - 1;
	ipStack -= n;
	return TRUE;
}

//压栈（以字符形式）
//参数：ch是要压栈的字符（+-*/()i#E 之一），O_No运算符序号
//调用：Push()
void PushToken(char ch, int O_No)
{
	SToken Token;
	Token.ch = ch;
	Token.No = O_No;
	Push(Token);
}

//压栈
//参数：Token是要压栈的SToken结构体类型的单词
//缺点：没有判断堆栈是否满
void Push(SToken Token)
{
	Stack[ipStack ++] = Token;
}

//全局初始化
//成功：返回TRUE；失败：返回FALSE
bool Init()
{
	//if((fTestIn = fopen(TESTIN_FILENAME, "r")) = NULL) return ! MakeErr("不能打开测试文件！");
	//if((fTestOut = fopen(TESTOUT_FILENAME, "w")) = NULL) return ! MakeErr("不能打开结果输出文件！");
fTestIn = fopen(TESTIN_FILENAME, "r");
fTestOut = fopen(TESTOUT_FILENAME, "w");
	return TRUE;
}

//程序退出前作善后处理
//主要是关闭文件等
void End()
{
	fclose(fTestIn);
	fclose(fTestOut);
}

//将结果输出到文件
//要求文件事先以追加方式打开，文件指针为fTestOut
//参数：Formula表达式内容，Result判断结果
void OutPut(char * Formula, char * Result)
{
	fprintf(fTestOut,"%s\n%s\n",Formula,Result);
}

//从文件中读出一个表达式存于表达式缓冲区Buffer[]中，以'\0'结束，并置ipBuffer=0；
//需要先打开文件，文件指针存于fTestIn
//读出非空表达式：返回 TRUE；文件结束：返回 FALSE
bool ReadFormula() 
{
	int n = 0;
	bool k = FALSE;	//当 k==TRUE 时表示文件结束，否则文件没有结束
	while(TRUE)
	{
		if((Buffer[n] = fgetc(fTestIn)) != EOF) //读出一个字符成功
		{
			if(Buffer[n] == ';') break;
			n ++;
		}
		else //文件结束
		{
			k = TRUE;
			break;
		}
	}
	Buffer[n] = '\0';	//最后一个字符用结束标记'\0'代替
	ipBuffer = 0;	//初始化缓冲区指针
	if(n > 0) //读出的数据非空，返回成功
		return TRUE;
	else //读出的数据为空，需要判断文件结束，还是只有';'的空表达式
	{
		if(k) //文件结束
			return FALSE;
		else //空表达式，文件没有结束，让它继续读下一个表达式
			return ReadFormula();
	}
}

//将表达式分割成单词序列
//结果：单词序列存于SToken Token[]中，单词个数存于TokenNumber中
//这是一个大模块，其中要调用一些子函数
//本函数只识别：运算符+-*/、括号()、无符号整数i，并在末尾添加#号
//				遇到其它任何字符都返回错误信息
//返回：TRUE表示成功；FALSE表示失败，同时将错误信息存于全局变量ErrMsg中
//使用到的其他全局变量：ch（取一个字符）、AToken[]（取到的单词）
bool ChangeToTokens()
{
	TokenNumber = 0;
	if(GetFirstChar() == '\0') return ! MakeErr("表达式为空。");
	while(TRUE) //对缓冲区进行循环读
	{
		if(ch <= 32 && ch > 0) GetFirstChar(); //滤去空格
		switch(ch) //对单词的第一个进行判断，在下面一次处理整个单词
		{
		case '\0':
			Token[TokenNumber].ch = '#';
			Token[TokenNumber].No = O_NUL;
			return TRUE; //处理结束
		case '+':
			Token[TokenNumber].ch = '+';
			Token[TokenNumber].No = O_PLUS;
			GetChar();
			break;
		case '-':
			Token[TokenNumber].ch = '-';
			Token[TokenNumber].No = O_MINUS;
			GetChar();
			break;
		case '*':
			Token[TokenNumber].ch = '*';
			Token[TokenNumber].No = O_TIMES;
			GetChar();
			break;
		case '/':
			Token[TokenNumber].ch = '/';
			Token[TokenNumber].No = O_SLASH;
			GetChar();
			break;
		case '(':
			Token[TokenNumber].ch = '(';
			Token[TokenNumber].No = O_L_PAREN;
			GetChar();
			break;
		case ')':
			Token[TokenNumber].ch = ')';
			Token[TokenNumber].No = O_R_PAREN;
			GetChar();
			break;
		default:
			if(ch >= '0' && ch <= '9') //整数
			{
				while(GetChar()>0)
				{
					if(ch < '0' || ch > '9') break;
				}
				Token[TokenNumber].ch = 'i';
				Token[TokenNumber].No = O_IDENT;
			}
			else
			{
				return ! MakeErr("表达式中含有非法字符。");
			}
			break;
		}
		TokenNumber ++;
	}
}

//从表达式缓冲区中取到下面第一个非空字符
//成功：返回字符；不成功：返回'\0'
char GetFirstChar()
{
	while(GetChar() != '\0')
	{
		if(ch>32) return ch;
	}
	return '\0';
}

//从表达式缓冲区取一个字符，返回该字符的同时将它存于全局变量ch中
//成功：返回字符；不成功：返回'\0'
char GetChar() 
{
	if((ch = Buffer[ipBuffer]) != '\0')
		ipBuffer ++;
	return ch;
}

//生成错误信息
//错误信息存于全局变量ErrMsg中
//返回：TRUE
bool MakeErr(char * ErrMassage)
{
	ErrMsg = ErrMassage;
	return TRUE;
}