词法分析程序的设计与实现-526互联

设计原理

词法分析是编译过程的第一阶段。它的任务就是对输入的字符串形式的源程序按顺序进行扫描，根据源程序的词法规则识别具有独立意义的单词（符号），并输出与其等价的Token序列。

有限自动机是描述程序设计语言单词构成的工具，而状态转换图是有限自动机的比较直观的描述方法。我们使用确定的有限状态自动机，简记为DFA。

PL0的语言的词法分析器将要完成以下工作：

（1）跳过分隔符（如空格，回车，制表符）；

（2）识别诸如begin，end，if，while等保留字；

（3）识别非保留字的一般标识符，此标识符值（字符序列）赋给全局量id，而全局量sym赋值为SYM_IDENTIFIER。

（4）识别数字序列，当前值赋给全局量NUM，sym则置为SYM_NUMBER；

（5）识别:=，<=，>=之类的特殊符号，全局量sym则分别被赋值为SYM_BECOMES，SYM_LEQ，SYM_GEQ等。

相关过程（函数）有getsym()，getch()，其中getch()为获取单个字符的过程，除此之外，它还完成：

（1）识别且跳过行结束符；

（2）将输入源文件复写到输出文件；

（3）产生一份程序列表，输出相应行号或指令计数器的值。

根据语言的词法规则构造出识别其单词的确定有限自动机DFA, 仅仅是词法分析程序的一个形式模型，距离词法分析程序的真正实现还有一定的距离。状态转换图的程序实现通常是采用直接转向法。

直接转向法又称为程序中心法，是把状态转换图看成一个流程图，从状态转换图的初态开始，对它的每一个状态结点都编写一段相应的程序。

以下是我所实现的简单词法分析程序：

#include <iostream>
#include <string>
#include <regex>
#include <vector>

// 定义词法规则
struct TokenRule {
    std::string name;
    std::regex pattern;
};

std::vector<TokenRule> rules = {
    {"INTEGER", std::regex("\\d+")},     // 匹配整数
    {"PLUS", std::regex("\\+")},         // 匹配加号
    {"MINUS", std::regex("-")},          // 匹配减号
    {"MULTIPLY", std::regex("\\*")},     // 匹配乘号
    {"DIVIDE", std::regex("/")},         // 匹配除号
    {"LPAREN", std::regex("\\(")},       // 匹配左括号
    {"RPAREN", std::regex("\\)")}        // 匹配右括号
};

// 输入源代码
std::string sourceCode = "3 + 4 * (2 - 1)";

// 词法分析器
std::vector<std::pair<std::string, std::string>> lexer(const std::vector<TokenRule>& rules, const std::string& sourceCode) {
    std::vector<std::pair<std::string, std::string>> tokens;
    size_t position = 0;

    while (position < sourceCode.length()) {
        std::smatch match;
        bool found = false;

        for (const TokenRule& rule : rules) {
            if (std::regex_search(sourceCode.begin() + position, sourceCode.end(), match, rule.pattern)) {
                std::string value = match.str(0);
                tokens.push_back(std::make_pair(rule.name, value));
                position += value.length();
                found = true;
                break;
            }
        }

        if (!found) {
            throw std::runtime_error("Invalid token: " + sourceCode.substr(position, 1));
        }
    }

    return tokens;
}

int main() {
    // 调用词法分析器
    std::vector<std::pair<std::string, std::string>> tokens = lexer(rules, sourceCode);

    // 输出词法单元
    for (const auto& token : tokens) {
        std::cout << token.first << ": " << token.second << std::endl;
    }

    return 0;
}