编译原理——词法分析器的设计（笔记）

对于词法分析器的要求

词法分析的任务

• 从左至右逐个字符地对源程序进行扫描，产生一个个单词符号

词法分析器 (Lexical Analyzer) 又称扫描器 (Scanner)

• 执行词法分析的程序

功能

输入源程序、输出单词符号

单词符号的种类

• 基本字：如 begin ， repeat
• 标识符——表示各种名字：如变量名、数组名和过程名
• 常数：各种类型的常数
• 运算符： + ， - ， * ， /
• 界符：逗号、分号、括号和空白

输出的单词符号的表示形式

• 单词种别
• 单词自身的值

单词种别通常用整数编码表示

若一个种别只有一个单词符号，则种别编码就代表该单词符号。假定基本字、运算符和界符都是一符一种。

若一个种别有多个单词符号，则对于每个单词符号，给出种别编码和自身的值。

• 标识符单列一种；标识符自身的值表示成按机器字节划分的内部码
• 常数按类型分种；常数的值则表示成标准的二进制形式

我们常用常量对应种别编码方便阅读。

如下图，'id’则是‘标识符’的种别编码。‘while’的是‘while’，‘(’是‘(’。

 

词法分析器作为一个独立子程序

词法分析是作为一个独立的阶段，是否应当将其处理为一遍呢？

作为独立阶段的优点：

• 结构简洁、清晰和条理化，有利于集中考虑词法分析一些枝节问题

不作为一遍：

• 将其处理为一个子程序

词法分析器在编译器中地位

语法分析器驱动词法分析器。

当语法分析器需要下一个单词时，调用词法分析器。词法分析器扫描下一个单词，分析下一个种类编码和自身的值，交给语法分析器。

语法分析器拿到后，如果可以进行语法分析，则进行语法分析，不行则取下一个单词。

 

词法分析器的设计

词法分析器的结构

在预处理子程序中

• 剔除无用的空白、跳输入格、回车和换行等编辑性字符
• 区分标号区、连接续行和给出句末符等

随后程序控制会返回到扫描器中，扫描器会扫描缓冲区，将预处理处理的比较规范的字符串取出。

依据此法规则，识别但此符号（基本子，标识符，常量等），将单词符号的二元组返回给外界。

输入、预处理

两根指针，起点指示器表示起点，搜索指示器表示当前终点。以此来指示一个单词。

当单词过长或内容过多时，单词可能会被截断。如果只用一个缓冲区，我们需要设置阈值，超过就不能再填入单词了，但设置上比较麻烦。

为了解决这个问题，将缓冲区一分为二。两个半区互补使用。限制每一个单词不可超过半区长度。

当我们使用前半部分缓冲区时，后半部分用于存储溢出。当我们使用后半部分缓冲区时，前半部分用于存储溢出。当溢出时，就不再填入了。

 

单词符号的识别 : 超前搜索

基本字的识别：当有允许程序员在编写中不空格等，我们需要超前搜索才能确定哪些是基本字。

DO99K=1,10   DO 99 K = 1，10

标识符识别：比如字母开头的字母数字串，后跟界符或算符，我们也需要用超前搜索。

常数识别：识别出算术常数并将其转变为二进制内码表示。有些也要超前搜索。

• 5.EQ.M（5==M）
• 5.E08（5.0*10^8）

算符和界符的识别:当有把多个字符符合而成的算符和界符拼合成一 个单一单词符号，我们也需要超前搜索。

:= ， ** ， .EQ. ， ++ ， -- ， >=

但是，由于做超前搜索比较困难，一般会用一些限制，以避免超前搜索。

所有基本字都是保留字 ; 用户不能用它们作自己的标识符

基本字作为特殊的标识符来处理，使用保留字表

如果基本字、标识符和常数 ( 或标号 ) 之间没有确定的运算符或界符作间隔，则必须使用一个空白符作间隔

状态转换图

状态转换图是一张有限方向图

结点代表状态，用圆圈表示（词法分析器分析一个单词时，所处的不同状态）

状态之间用箭弧连结，箭弧上的标记(字符)代表射出结状态下可能出现的输入字符或字符类

一张转换图只包含有限个状态，其中有一个为初态，至少要有一个终态

状态转换图可用于识别(或接受)一定的字符串

65. 有效数字 - 力扣（LeetCode） (leetcode-cn.com)

若存在一条从初态到某一终态的道路，且这条路 上所有弧上的标记符连接成的字等于，则称为 该状态转换图所识别 ( 接受 )

 

助忆符

直接用编码表示不便于记忆，因此用助忆符来表示编码。

 

实现：

•  对不含回路的分叉结点，可用一个CASE（SWITCH语句）语句或一组IF-THEN-ELSE语句实现。
• 对含回路的状态结点，可对应一段由WHILE结构和IF语句构成的程序。
• 终态结点表示识别出某种单词符号，因此，对应语句为RETURN(C，VAL)其中，C为单词种别，VAL为单词自身值。

伪代码实现一

定义

• ch 字符变量、存放最新读入的源程序字符
• strToken 字符数组，存放构成单词符号的字符串
• GetChar 子程序过程，把下一个字符读入到ch中
• GetBC 子程序过程，跳过空白符，直至ch中读入一非空白符
• Concat 子程序，把 ch中的字符连接到strToken
• IsLetter和IsDisgital布尔函数，判断ch中字符是否为字母和数字
• Reserve 整型函数，对于strToken中的字符串查找保留字表，若它实保留字则给出它的编码，否则回送0
• Retract 子程序，把搜索指针回调一个字符位置
• InsertId 整型函数，将strToken中的标识符插入符号表，返回符号表指针
• InsertConst整型函数过程，将strToken中的常数插入常数表，返回常数表指针

伪代码

int code,value;
string strToken = "";
Getchar();
GetBC();
if(IsLetter()){
    while (IsLetter() || IsDigit()){
        Concat(); 
        GetChar();
    }
    Retract();
    code = Reserve();
    if (code = 0){//标识符
        value := InsertId(strToken);
        return ($ID, value);
    }
    else//保留字
    return (code, -);
}

else if (IsDigit()){
    while (IsDigit()){
        Concat( );
        GetChar( );
    }
    Retract();
    value = InsertConst(strToken);
    return($INT, value);
}
else if (ch =‘=’)
    return ($ASSIGN, -);
else if (ch =‘+’)
    return ($PLUS, -);

 

else if (ch =‘*’){
    GetChar();
    if (ch =‘*’)
        return ($POWER, -);
    Retract(); 
    return ($STAR, -);
}
else if (ch =‘,’) 
    return ($COMMA, -);
else if (ch =‘(’) 
    return ($LPAR, -);
else if (ch =‘)’) 
    return ($RPAR, -);
else 
    ProcError( ); /* 错误处理 */

 

伪代码实现二

一般化，可以用二位数组表示状态图。

int curState = 0;//初态
GetChar();
while(stateTrans[curState][ch]){
     // 存在后继状态，读入、拼接
     Concat();
     // 转换入下一状态，读入下一字符
     curState = stateTrans[curState][ch];
     if(cur_state == 8)
        return strToken;
     GetChar( ); 
}

如果想要实际实现一下代码，可以看一下力扣的65题：

65. 有效数字 - 力扣（LeetCode） (leetcode-cn.com)