头歌编译原理 第1关:词法分析

主函数

任务描述

本关任务:编写一个程序实现对简单的程序段进行词法分析。

相关知识

为了完成本关任务,你需要掌握: 1.如何识别单词:关键字、标识符、常数、算符、界符, 2.如何为单词符号设置种别码, 3.以二元式输出单词符号,二元式结构为:(单词种别码,单词的值)。

如何为单词符号设置种别码

单词符号的种别码如下表所示(注:letter为26个文字母大小写,digit为0~9的数字):

,

以二元式输出单词符号

若输入一个识别的单词,则输出此单词的二元式 ; 若输入一个无法识别的单词,则输出(-1,ERROR)。 如:(2,if)

测试说明

平台会对你编写的代码进行测试:

测试输入:if(a>10) b=100;# 预期输出: Your words: if(a>10) b=100; (2,if) (26,() (10,a) (35,>) (20,10) (27,)) (10,b) (21,=) (20,100) (34,;)


开始你的任务吧,祝你成功!

思路:输入的是一段字符串 比如 if(a>b){ c = 100};

那么就要分析字符串,把关键字if 以及 ( )a >  b { } c = 100 ,这些字符分别提取出来

其中标识符 可以是纯字母:aa ,也可以是字母跟数字的组合 :a1  纯字母可以是关键字比如 if int 也可以是特殊字符串OVER ERROR 等

单个运算符之类的比如:+ - * /  > < = ( ) { } [ ] 等

或者是双个的运算符 >=  <=  !=

代码:

用到的头文件 和函数声明 
#include<iostream>
#include<string>
#include<unordered_map>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;
unordered_map<int, string>form;//用哈希表保存单词符号和种别码,一一对应
//数字处理函数
void is_alpha(int& i, string input_string, vector<pair<int, string>>& store_string);
//其他字符处理函数
void is_annother(int& i, string input_string, vector<pair<int, string>>& store_string);
//标识符或者关键字处理函数
void is_digit(int& i, string input_string, vector<pair<int, string>>& store_string);
//打印结果
void print_result(const vector<pair<int, string>>&);
//字符串分析分离函数
vector<pair<int, string>> seperator_string(string input_string);
主函数
int main(void) {
	string word_symbols[] = { "begin","if","then","while","for",
		"end","int","else","letter","digite","=","+","-","*","/",
	"(",")","[","]","{","}",",",":",";",">","<",">=","<=","!=" };
	for (int i = 0; i < 8; i++) {
		form.insert(pair<int, string>(i + 1, word_symbols[i]));
	}
	form[10] = "letter";
	int j = 20;
	for (int i = 9; i < 29; i++, j++) {
		form.insert(pair<int, string>(j, word_symbols[i]));
	}

	form[-1] = "ERROR";
	form[0] = "#";
	form[1000] = "OVER";
	form.erase(39);
	form[40] = "!=";

	cout << "Enter Your words(end with #):\n ";
	string input_string;
	getline(cin, input_string, '#');
	cout << "Your words:\n" + input_string << "\n";
	//删除所有的空格 比如 输入是 if (a > b) {   a = 10  ;} 把空格删掉可以更好遍历跟识别
	input_string.erase(remove(input_string.begin(), input_string.end(), ' '), input_string.end());

	vector<pair<int, string>> result = seperator_string(input_string);
	print_result(result);

	return 0;
}

字符串分析分离函数
vector<pair<int, string>> seperator_string(string input_string) {
	vector<pair<int, string>>store_string;
	for (int i = 0; i < input_string.length(); i++) {
		if (isalpha(input_string[i])) {//字符串以字母开头,要么是标识符,要么是关键字 
										//例如 aa a1都可以是变量名 但是 if在这样的就是管家你
			is_alpha(i, input_string, store_string);//执行分离该字符串功能
		}
		else if (isdigit(input_string[i])) {//如果是 数字0 - 9 这样的 
			is_digit(i, input_string, store_string);//分离出数字字符串
		}
		else {//是运算符之类的 比如 {} [] () > < =  !=之类
			is_annother(i, input_string, store_string);
		}

	}
	return store_string;
}
数字字符串处理函数
void is_digit(int& i, string input_string, vector<pair<int, string>>& store_string) {
	string temp = "";
	temp.push_back(input_string[i]);//当遍历到 比如 if(a>b) a1 = 100;遍历到这个 100 的1时判断为数字,把1加入临时字符串
	int j = i + 1;
	for (j; j < input_string.length(); j++) {//遍历后面 如果发现也是数字 比如 100 遍历到第一个0 
		if (isdigit(input_string[j])) {
			temp.push_back(input_string[j]);//则加入到临时字符串 10 然后二次遍历结果就是 100
		}
		else {//遍历到后面发现不是数字了 则结束遍历
			break;
		}
	}
	i = j - 1;//当遍历到不是数字时 此时i指向的是非数字,所以往后退一格 然后又会在外面大循环  i++往前进一格指向下一个
	store_string.push_back(pair<int, string>(20, temp));
}

标识符关键字处理函数

void is_alpha(int& i, string input_string, vector<pair<int, string>>& store_string) {
	string temp = "";
	temp.push_back(input_string[i]);
	int j = i + 1;
	bool flag = false;//用来标识该字符串是否为字母数字组合
	//检查后面的字符
	for (j; j < input_string.length(); j++) {
		if (isalpha(input_string[j]) || isdigit(input_string[j])) {//字母后面跟数字也是标识符
			if (isdigit(input_string[j])) {
				flag = true;
			}
			temp.push_back(input_string[j]);
		}
		else {//查到后面的字符非字母数字则结束循环
			break;
		}
	}
	i = j - 1;//退回一位 比如  "abcd{"这样的序列,则当检查到‘{’是发现不是字母或者数字 
			//则i=j-1也就是此时指向d,然后外循环i++ 再指向{

	if (!flag) {//如果是字母数字字符串则不需要判断是否为关键字
		if (temp == "ERROR") {//是特殊字符串ERROR
			store_string.push_back(pair<int, string>(-1, temp));
			return;
		}
		if (temp == "OVER") {//是特殊字符串OVER则跳过
			store_string.push_back(pair<int, string>(1000, temp));
			return;
		}
		for (int k = 1; k < 9; k++) {
			if (form[k] == temp) {//在map中不断比对是否跟某个关键字相等
				store_string.push_back(pair<int, string>(k, temp));//分离出关键字
				break;
			}
			else {
				if (k == 8) {//到i==8还没查出是哪个关键字则说明是纯字母标识符
					store_string.push_back(pair<int, string>(10, temp));
				}
			}
		}
	}
	else {//是字母加字符的组合
		store_string.push_back(pair<int, string>(10, temp));
	}


}

运算符及其它字符处理函数
void is_annother(int& i, string input_string, vector<pair<int, string>>& store_string) {
	char temp = input_string[i];
	if (input_string[i + 1] == '=') {//非字母数字有一下三种特殊情况
		if (input_string[i] == '>') {
			store_string.push_back(pair<int, string>(37, ">="));
		}
		else if (input_string[i] == '<') {
			store_string.push_back(pair<int, string>(38, "<="));
		}
		else {
			store_string.push_back(pair<int, string>(40, "!="));
		}
		i++;
	}
	else {
		for (int j = 20; j <= 36; j++) {//检查单个字符情况如 +-*/ 》) ( - ] }
			if (temp == form[j][0]) {
				store_string.push_back(pair<int, string>(j, form[j]));
				break;
			}
		}
	}
}

运行测试:

### 编译与运行词法分析和语法分析源程序 在 Linux 命令行环境中编译和运行涉及词法分析和语法分析的源代码通常依赖于工具链,比如 `lex` 和 `yacc` 或其现代替代品 `flex` 和 `bison`。以下是于如何操作这些工具来完成任务的具体说明。 #### 工具安装 如果尚未安装必要的工具,则可以通过包管理器进行安装。对于基于 Debian 的系统(如 Ubuntu),可以执行以下命令: ```bash sudo apt-get update && sudo apt-get install flex bison gcc ``` 这一步确保了开发环境中有 `flex`, `bison` 和 C/C++ 编译器的存在[^1]。 #### 使用 Flex 进行词法分析 Flex 是一种用于生成扫描仪的工具,它会读取输入文件并将其转换为可识别模式的 C 代码。假设有一个名为 `lexer.l` 的词法规则文件: ##### 创建词法规则文件 (`lexer.l`) ```c %{ #include <stdio.h> int yylex(); void yyerror(const char *s); extern int yyparse(); %} %% [a-zA-Z_][a-zA-Z0-9_]* { printf("IDENTIFIER: %s\n", yytext); } [0-9]+ { printf("NUMBER: %s\n", yytext); } "+"|"-"|"*"|"/" { printf("OPERATOR: %s\n", yytext); } "\n" { /* Ignore newlines */ } . { printf("UNKNOWN CHARACTER: %c\n", *yytext); } %% int main() { yyparse(); return 0; } ``` ##### 将 Lex 文件转化为 C 源代码 通过调用 Flex 来处理 `.l` 文件: ```bash flex lexer.l ``` 此命令会产生一个默认名称为 `lex.yy.c` 的 C 源文件[^2]。 #### 使用 Bison 进行情法分析 Bison 负责将语法规则翻译成解析函数。假设有如下语法定义文件 `parser.y`: ##### 创建语法规则文件 (`parser.y`) ```c %{ #include <stdio.h> void yyerror(const char *msg) { fprintf(stderr, "%s\n", msg); } int yylex(void); %} %token NUMBER IDENTIFIER OPERATOR %% program: expression '\n' { printf("Valid Expression!\n"); } ; expression: IDENTIFIER | NUMBER | expression OPERATOR expression ; %% int main() { return yyparse(); } ``` ##### 将 Yacc/Bison 文件转化为 C 源代码 使用 Bison 处理该文件: ```bash bison -d parser.y ``` 这里 `-d` 参数指示 Bison 同时生成文件以便其他部分能够访问解析表数据结构[^3]。 #### 链接与编译 当拥有由 Flex 和 Bison 生产出来的两个主要组件之后,就可以利用 GCC 把它们组合起来形成最终的应用程序: ```bash gcc lex.yy.c parser.tab.c -o my_parser -ll ``` 其中选项 `-ll` 表明链接到标准库中的 Lex 库支持功能[^4]。 #### 执行程序 最后,在当前目录下找到新创建的二进制文件 `my_parser` 并测试它的行为: ```bash ./my_parser ``` --- ###
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