词法分析正则表达式
编译原理词法分析与语法分析的核心算法
编译原理词法分析与语法分析的核心算法编译原理是计算机科学与技术领域中的一门重要课程。
在编程中，我们常常需要将高级语言编写的程序翻译成机器语言，使计算机能够理解并执行我们编写的程序。
而编译原理中的词法分析和语法分析是编译器的两个核心算法。
一、词法分析词法分析是编译器的第一个阶段，它负责将输入的字符序列（源代码）划分为一个个的有意义的词素（Token），并生成相应的词法单元（Lexeme）。
词法分析的核心算法主要包括以下两个步骤：1. 正则表达式到有限自动机的转换：正则表达式是一种描述字符串匹配模式的表达式，它可以用来描述词法分析中各种词素的规则。
而有限自动机则是一种用来识别或匹配正则表达式所描述的模式的计算模型。
将正则表达式转换为有限自动机是词法分析的关键步骤之一。
2. 词法分析器的生成：在将正则表达式转换为有限自动机后，我们可以使用生成器工具（如Lex、Flex等）来生成词法分析器。
词法分析器可以按照预定的规则扫描源代码，并将识别出的词素转换成相应的词法单元，供后续的语法分析使用。
二、语法分析语法分析是编译器的第二个阶段，它负责分析和处理词法分析阶段生成的词法单元序列，并根据预定的语法规则确定语法正确的序列。
语法分析的核心算法主要包括以下两个步骤：1. 上下文无关文法的定义：上下文无关文法（Context-Free Grammar，简称CFG）是一种用于描述形式语言的文法。
它由一组产生式和终结符号组成，可以用于描述语法分析中的语法规则。
在语法分析中，我们需要根据具体编程语言的语法规则，编写相应的上下文无关文法。
2. 语法分析器的生成：通过使用生成器工具（如Yacc、Bison等），我们可以根据上下文无关文法生成语法分析器。
语法分析器可以根据预先定义的文法规则，对词法单元序列进行分析，并构建出语法树（Parse Tree）供后续的语义分析和代码生成使用。
综上所述，词法分析与语法分析是编译原理中的两个重要阶段，也是实现编译器的核心算法。
【编译原理】词法分析：正则表达式与有限自动机基础
【编译原理】词法分析：正则表达式与有限⾃动机基础引⾔： 编译语⾔设计的精髓在于⾃动化过程，即如果要设计⼀门编程语⾔，那么⼀定要设计⼀个⾃动化系统，能够⾃⾏读⼊分析程序员写⼊的程序，将其翻译为机器能够识别的指令等信息。
当然⾼级语⾔的编译不是⼀蹴⽽就的，⽽是通过若⼲步的分解、规约、转换、优化，最后得到⽬标程序。
具体的编译步骤如下： 源程序就是我们写⼊的⾼级语⾔，编译的第⼀步叫做“词法分析”。
词法分析的本质，就是要拆解出语句的每⼀个单词，然后对这个单词的类型进⾏辨识。
⾸先拿中⽂来举例。
⽐如有⼀句话是“我喜欢你”，那么⾸先我们要把这句话拆成“我”、“喜欢”、“你”，然后再逐个分析他们的类型，得到“我”->主语；“喜欢”->谓语；“你”->宾语。
这样我们就把这句话每个单词都分析出来了，也就完成了中⽂的“词法分析”。
那么回到编程语⾔，它的词法分析就是将字符序列转换为单词（Token）序列的过程。
翻译成俗话，就是把我们写的⼤⽚语⾔⽂本分解为⼀个⼀个单词，再输出每个单词的类型。
举⼀个例⼦：int p = 3 + a; 这个语句⾮常简单，即定义⼀个变量p，它的初值为变量a与3的加和。
那么接下来我们要对这个语句进⾏词法分析，⾸先我们要把这段⽂本拆解成单词，拆出来就是'int'、'p'、'='、'3'、'+'、'a'、';'。
对这些单词再进⾏类型的辨识，那么就得到以下结果：语素语⾔类型int关键字p标识符=运算符3数字+运算符a标识符 这样我们就把这段⽂本中的每个单词的类型都分析出来了。
乍⼀看⾮常简单对不对，对于⼈类⽽⾔你只需要⽤⾁眼就可以轻松观察出来每个单词的类型，但对于计算机⽽⾔，它可没有⼈类那样的智能。
如果想要计算机能够识别并分析语素的类型，那就需要我们⼈类来为它构造⼀个⾃动化输⼊和分析的系统。
编译原理-词法分析02-正则表达式
编译原理-词法分析02-正则表达式0.术语rr：正则表达式，表⽰字符串的格式。
L(r)r所匹配的串的集合。
symbol符号L(r)中的元素称为符号。
alphabet字母表表⽰符号的字符的集合。
⽤ ∑ (sigma)表⽰。
元字符metacharacter，元符号metasymbol它们⾮字母表中的字符，是⼀些特殊意义的字符，⽐如,*. 如果要匹配这类符号，则需要使⽤转义符号\。
escape character转义字符⼀般使⽤\表⽰，⽤于匹配元字符。
空串empty string不包含任何字符的串，但它仍然是⼀个匹配。
⽤ε（eplsilon）表⽰空集empty set表⽰正则表达式⽆任何匹配。
regular definition正则定义即正则表达式的名字。
1.正则表达式的定义正则表达式是以下中的⼀种：1. 基本正则表达式由单个字符a(其中a在正规字符的字母表 ∑ 中)，以及元字符ε或元字符Φ。
分别表⽰为：L(a) = {a};L(ε) = {ε};L(Φ) = {}.2. r|s格式的表达式：其中r和s均是正则表达式。
在这种情况下：L(r|s) = L(r)|L(s)。
3. rs格式的表达式：其中r是正则表达式。
在这种情况下：L(rs) = L(r)L(s)。
4. r格式的表达式：其中r是正则表达式。
在这种情况下：L(r) = L(r)*。
5. (r)格式的表达式：其中r是正则表达式。
在这种情况下：L((r)) = L(r)，因此，括号并不改变语⾔，它们只调整运算的优先级。
注意到这个定义中，|,*,(,),Φ,ε均为元字符。
2.扩展r+ 正闭包，⾄少匹配⼀个. 匹配任意⼀个字符区间匹配如[a-z],[0-9],[A-Za-z]~a或^a 排除匹配r? 可选匹配3.程序语⾔记号的正则表达式numbernat = [0-9]+ #⾃然数signedNat = (+|-)?nat #有符号数number = signedNat("."nat)?(E signedNat)? #数字，包含整数，⼩数，正负数，指数reserved & identifierreserverd = if | while | then | repeat | do ...letter = [a-z]digit = [0-9]identifier = letter(letter|digit)*comment{(~})*} #匹配{ this is a Pascal comment}whitespace解决匹配的⼆义性遵循最长⼦串原理principle of longest。
编译器前端常用算法
编译器前端常用算法编译器前端是计算机科学中重要的领域之一，其中算法是编译器前端实现的核心。
本文将介绍编译器前端常用的算法，以及它们的作用和实现方式，帮助读者深入了解编译器前端的运行机制，同时提高编译器前端算法的应用能力。
1. 词法分析词法分析是编译器前端的第一阶段，用来将输入的源代码解析成词法单元（Token）。
词法单元是编译器的基本组成单元，包括关键字、标识符、运算符等。
其中最常用的算法是正则表达式和有限自动机。
正则表达式是一种用来描述字符串模式的表达式，它的基本组成单元包括文本字符、元字符和转义字符。
正则表达式可以用于匹配字符串，从而识别出词法单元。
有限自动机是一种用来处理有限集合和字符串的计算机模型，它能够对输入的字符串进行匹配、分割和转化等操作，是词法分析算法的重要基础。
2. 语法分析语法分析是编译器前端的第二阶段，用来将词法单元转化成抽象语法树（AST，Abstract Syntax Tree）。
抽象语法树是一种用来表示程序语法结构的树形结构，它能够帮助编译器进行语法分析和语义分析。
语法分析通常使用自上而下（Top-Down）和自下而上（Bottom-Up）两种算法。
自上而下的算法包括递归下降法和LL算法，它们从源代码的起始符号开始，通过递归调用函数来构建语法树。
自下而上的算法包括LR算法和LALR算法，它们从词法单元向语法树构建，并且能够处理更加复杂的语法结构。
3. 语义分析语义分析是编译器前端的第三阶段，用来对抽象语法树进行语义分析和错误检测。
语义分析主要包括类型检查、作用域分析、常量折叠和表达式求值等功能。
类型检查是语义分析的核心部分，它主要用来检查类型的一致性和正确性。
作用域分析用来检查变量和函数的定义和引用，常量折叠用来通过计算常量表达式来优化程序。
表达式求值则是将程序中的表达式转化为机器指令的过程，是编译器前端中最为复杂的部分。
4. 中间代码生成中间代码生成是编译器前端的第四阶段，用来将抽象语法树转化成中间代码表示，中间代码是一种类似于汇编语言的低级中间表示，它能够简化后续编译器优化和目标代码生成的流程。
词法分析实验报告
词法分析实验报告一、实验目的和背景词法分析是编译原理中的重要部分之一，其主要作用是将源程序中的字符序列转化为有意义的单词序列，以便于后续的处理和分析。
为了更好地理解词法分析的实现原理以及掌握相关算法和工具，本次词法分析实验旨在通过手动编写正则表达式、确定有限自动机的状态转移函数和实现词法分析程序来实现词法分析。
二、实验内容在本次实验中，我们需要完成以下任务：1.手动编写正则表达式；2.确定有限自动机的状态转移函数；3.实现词法分析程序。
三、实验过程1.手动编写正则表达式对于给定的源程序，我们首先需要根据其语法规则手动编写正则表达式。
例如，对于一个简单的算术表达式，其正则表达式可以如下所示：i. 数字（0-9）：[0-9]+ii. 加号（+）：\+iii. 减号（-）：-iv. 乘号（*）：\*v. 除号（/）：/vi. 左括号（（）：\(vii. 右括号（））：\)2.确定有限自动机的状态转移函数根据正则表达式，我们可以确定有限自动机的状态转移函数。
例如，对于上述算术表达式的正则表达式，其有限自动机的状态转移函数如下所示：i. 初始状态（S）：判断下一个字符，如果是数字则进入数字状态，如果是左括号则进入左括号状态；ii. 数字状态（D）：继续判断下一个字符，如果是数字则保持在数字状态，如果是运算符则输出数字记号，返回初始状态，如果是右括号则输出数字记号，返回初始状态；iii. 左括号状态（L）：输出左括号记号，返回初始状态；iv. 右括号状态（R）：输出右括号记号，返回初始状态。
3.实现词法分析程序根据以上的正则表达式和有限自动机的状态转移函数，我们可以编写一个简单的词法分析程序。
该程序的主要流程如下所示：i. 读取源程序的字符序列；ii. 根据有限自动机的状态转移函数，逐个字符进行状态转移；iii. 如果当前状态为接受状态，则输出相应的记号；iv. 继续进行状态转移，直至读取完整个源程序。
四、实验结果通过以上步骤，我们成功完成了对给定源程序的词法分析。
词法分析总结
a
{0}
a
a
{0, 2}
{0, 1}
开始
0 b
a
1
b
2
b
b 未画完
子集构造法
子集构造法
• ε-closure(s) 从NFA的状态S出发，只用ε转换就能 到达的状态的集合 • ε-closure(T) 从NFA的状态集合T中每个状态出发， 只用ε转换就能到达的状态的集合 • Move(T,a) 状态集合T中每个状态通过a能到达的 所有状态集合
0
b
a
1DFA)
• 一个符号标记离开同一状态只有一条边 • 1、有限的状态集合S • 2、输入字母集合 • 3、转换函数move : S S，且可以是部分函 数 • 4、唯一的开始状态 s0 b b • 5、接受状态集合F S 识别语言 (a|b)*ab 的DFA
• 字母表：符号的有限集合， 例: Σ= { 0, 1} • 串：符号的有穷序列，例：0110, ε • 语言：字母表上的一个串集
• {ε, 0, 00, 000, …}, {ε},
• 句子：属于语言的串 • 串的运算
• 连接（积） xy, s ε = ε s = s • 幂 s0为ε ，si为si-1s（i > 0）
DFA的化简
• 构造最简DFA：
• 构造状态集合的初始划分π：两个子集——接受状态 子集F和非接受状态子集S – F • 应用下面的过程构造πnew
• 如果πnew = π，则πfinal = π；否则令π = πnew ，转上步 • 在πfinal的每个状态子集中选一个状态代表它，即为最 简DFA的状态
正则表示->NFA
开始
i
pg词法解析流程
pg词法解析流程PG词法解析流程概述：词法分析是编译器的第一个阶段，它将输入的源代码分解成一个个的词法单元，也就是Token。
PG词法解析器是一个基于文法规则的解析器，通过识别输入中的模式来生成Token流。
本文将详细介绍PG词法解析的流程。
1. 文法规则的定义PG词法解析器的第一步是定义文法规则，文法规则由正则表达式和动作组成。
正则表达式用于匹配输入中的模式，动作则是根据匹配结果执行相应的操作。
例如，可以使用正则表达式[a-zA-Z_][a-zA-Z0-9_]*来定义标识符的模式，并在动作中将匹配到的字符串作为Token输出。
2. 输入的源代码预处理在进行词法分析之前，通常需要对输入的源代码进行预处理，去除注释、空格等无关的内容。
预处理后的源代码将作为PG词法解析器的输入。
3. 构建有限自动机PG词法解析器使用有限自动机来识别输入中的模式。
有限自动机由一组状态和状态之间的转移组成。
根据文法规则，可以构建出对应的有限自动机，其中每个状态代表一个正则表达式的匹配状态，状态之间的转移由正则表达式的模式确定。
4. 词法分析PG词法解析器根据构建的有限自动机对输入进行词法分析。
词法分析过程中，解析器从输入中读取一个字符，根据当前状态和读取的字符进行状态转移。
如果转移成功，则继续读取下一个字符进行下一次转移；如果转移失败，则回退到最近的可接受状态，并输出对应的Token。
5. 错误处理在词法分析过程中，如果遇到无法匹配的字符或无法转移的状态，就会发生错误。
PG词法解析器需要实现相应的错误处理机制，通常是输出错误信息并终止词法分析过程。
6. 输出Token流在词法分析过程中，每次成功转移都会生成一个Token，并输出到Token流中。
Token包含Token类型和对应的属性值，例如标识符Token的类型是ID，属性值是标识符的字符串。
7. 词法分析结果的应用词法分析器的输出结果是一个Token流，可以作为语法分析器的输入。
编译原理词法分析
编译原理词法分析
编译原理的词法分析是编译器中的一个重要过程，它负责将源代码分
割成一个个的词法单元（Token）。
词法单元是程序中的最小语法单位，
如标识符、关键字、运算符、常数等。
词法分析的主要任务是从左到右扫描源代码字符流，逐个字符进行解析，并根据预先定义的词法规则识别出各种词法单元。
为了实现词法分析，通常会采用有限自动机（DFA）或正则表达式来描述词法规则。
具体的词法分析过程包括以下几个步骤：
1.建立输入缓冲区：将源代码存储在缓冲区中，方便逐个字符进行读
取和处理。
2.扫描字符流：从缓冲区中逐个字符读取并处理，跳过空白字符（空格、制表符、换行符等）。
3.根据词法规则识别词法单元：根据预先定义的词法规则，将字符序
列转换为词法单元，并记录其类型和属性信息。
4.错误处理：如果遇到无法识别的字符序列或不符合词法规则的情况，进行相应的错误处理并报告错误。
5.输出词法单元流：将识别出的词法单元按照顺序输出，作为下一步
的输入。
词法分析是编译器的前端处理阶段，它为语法分析提供了基础数据，
将源代码转化为一个个的词法单元，为后续的语法分析、语义分析和代码
生成等阶段提供支持。
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2020/10/1
编译原理
4
状态转换图的实现(续2)
对于不含回路的分叉结点来说，可让它对应一个switch语 句，或一组if…then…else语句
字母
GetChar()
j
if(IsLetter()){…状态j的对应程序段…}
数字
i
else if (IsDigit()) {…状态k的对应程序段…} k else if (ch == ‘/’) {…状态l的对应程序段…}
Байду номын сангаас
Keywords: if else while break
Symbols: + * { } ++ < << [ ] >=
0.e-10
2020/10/1
编译原理
7
如何描述tokens
我们可以使用正则表达式来描述程序设计语言中的tokens
正则表达式(RE, Regular Expression)的定义如下：
词法分析——正则表达式
授课：胡静
空白
字母或数字
字母
0
1 非字母与数字
*
2
数字
数字
3
非数字
*
4
=
5
+
6
*
非*
*
.
7
8
.
. .
*
9
.
.,
10
(
11
)
12
其他
13
状态转换图实例
其中的假设条件是： 1.关键字都是保留字，不允许使用他们作为自己 定义的标识符 2.将关键字作为一类特殊标识符来处理。把它们 预先安排在一张表格中。 3.再次，如果关键字、标识符和常数之间没有确 定的运算符或界符做间隔，则必须至少用一个空 白符做间隔。
我们可以用正则表达式来定义每种类型的token
2020/10/1
编译原理
10
一些RE的简写
R+
one or more strings from L(R): R(R*)
R?
optional R: (R|ε)
[abce]
one of the listed characters: (a|b|c|e)
[a-z]
R*
concatenation of a RE R zero or more times
(R* = ε|R|RR|RRR|RRRR…)
在实际形式中，会有优先级的限制，因此可以加入一些括号。
2020/10/1
编译原理
8
正规式的例子
令={a，b}，
正规式
正规集
a
{a}
ab
{a,b}
ab
{ab}
(ab)(ab) {aa,ab,ba,bb}
状态转换图的实现
ch：字符变量，存放最新读进的源程序字符 strToken：字符数组，存放构成单词符号的字符串 GetChar：子程序过程，将下一个输入字符读到ch中，搜索 指示器前移一个字符位置。
GetBC：子程序过程，检查ch中的字符是否为空白。如果 是，则调用GetChar，直至ch中进入一个非空白字符。 Concat：子程序过程，将ch中的字符连接到strToken之后。 IsLetter和IsDigit： 布尔函数过程，它们分别判断ch中的字 符是否为字母和数字。
j
2020/10/1
编译原理
6
tokens
Identifiers: x
y11 elsen _i00
Integers: 2 1000 -500
5L
Floating point: 2.0 0.00020 .02 1.1e5
Strings: “x” “He said, \“Are you?\””
Comments: /** don’t change this **/
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。
关于出错处理的一些说明：
如果后面还有状态图，出现在这个地方的代码应为： 将搜索指示器回退一个位置，并令下一个状态图开始 工作。
如果后面没有其他的状态图，则出现在上述位置的代 码应该进行真正的出错处理，报告源程序含有非法符 号，并进行善后处理。
else {…错误处理…}
/
l
2020/10/1
编译原理
5
状态转换图的实现（续3）
对于含回路的状态结点来说，可让它对应一个由While语句 和if语句构成的程序段
字母或数字
GetChar(); while(IsLetter() or IsDigit())
GetChar();
i
其他
…状态j的对应程序段…
one character from this range:(a|b|c|d|e|…|y|z)
[^ab]
anything but one of the listed chars
[^a-z]
one character not from this range
2020/10/1
编译原理
11
例子
正则表达式
a
ordinary character stands for itself
ε
the empty string
R|S either R or S (alternation), where R, S = RE
RS R followed by S (concatenation), where R, S = RE
digit = [0-9] posint = digit+ int = -? posint real = int (ε | (. posint))
= -?[0-9]+(ε | (. [0-9]+)) [a-zA-Z_][a-zA-Z0-9_]*
这种简写方式不支持递归
在L(R)中的字符串
“0” “1” “2” “3” … “8” “412” … “-42” “1024” … “-1.56” “12” “1.0”
a
{ ,a,a, ……任意个a的串}
(ab)
{ ,a,b,aa,ab ……所有由a 和b组成的串}
(ab)(aabb)(ab) {上所有含有两个相继的a或两个 相继的b组成的串}
2020/10/1
编译原理
9
简单的例子
正则表达式R描述的字符串的集合表示为L(R) L(R)=由R定义的“语言”
L(abc) = { abc } L(hello|goodbye) = {hello, goodbye} L(1(0|1)*) = 所有的非零二进制数
Reserve：整型函数过程，对strToken中的字符串查找保留字 表，若它是一个保留字则返回它的编码，否则返回0值。 Retract：子程序过程，将搜索指示器回调一个字符位置，将 ch置为空白字符
2020/10/1
编译原理
3
状态转换图的实现(续1)
InsertId：整型函数过程，将strToken中的标识符插 入符号表，返回符号表指针