编译原理与技术（二）——词法分析（一）正则表达式

一、词法分析的概貌

一个程序，在我们看来往往是像下图这样的。

实际上，上面的程序本质上就是一个字符串，所以，它等价于下面这样的。

 

上面的字符串（字符流） ，就是编译器接收到的程序的形式。

所以，编译器首先要对字符流进行断句，即将输入字符串识别为有意义的子串，删去注释和无意义的换行符等字符。有意义的子串又叫词法单元（token）。

从程序字符流中获取词法单元集合的过程就是词法分析。

二、词法单元

词法单元（token）由一个记号名和一个可选的属性值（可为空）组成。即

token =

属性记录词法单元的附加属性，具体有哪些附加属性，则要看编译器的设计者如何设计。

词法单元保存在符号表（Symbol table）中，以便编译的各个阶段取用。

例如：

有关词法单元的关键术语如下图所示。

举个例子。

三、正则表达式 （Regular Expression, RE）

（一）初识正则表达式

如何识别（匹配）词法单元呢？

我们可以考虑上面图中的模式的非形式描述，但显然在计算机中这是根本不可能的。

我们需要形式化地来设计模式，而这个模式就是正则表达式。

正则表达式是一个文本模式，使用单个字符串来描述、匹配一系列匹配某个句法规则的字符串。

比如匹配正整数的正则表达式可以如下设计：

上图中的*表示闭包运算（某字符零次或多次出现），|表示选择运算符。

该正则表达式匹配正整数123的过程可如下表示。

 

匹配会从开始状态出发，不同的箭头代表不同的路径，能否走这条路径的条件是当前字符是否等于该路径上的字符（即是否匹配），终点是接受状态，用一对同心圆表示。

当一个词法单元能够通过上面过程到达接受状态，就说明：该词法单元可被该正则表达式匹配。

有关正则表达式的详细介绍，可参考下面的链接：

正则表达式 – 教程 | 菜鸟教程 (runoob.com)

而上图中的箭头与圆圈就组成了有限自动机（Finite Automata）。

所以，词法单元被某正则表达式所匹配，就等价于该词法单元被该正则表达式对应的有限自动机匹配。

（二）正则表达式的关键术语与概念

（三）正则表达式定义了语言 

举个例子。

参考资料：

 [1]USTC 编译原理和技术 2023 (ustc-compiler-principles.github.io)