Lex和Yacc应用方法(一).初识Lex

草木瓜 20070301

Lex(Lexical Analyzar 词法分析生成器)，Yacc(Yet Another Compiler Compiler
编译器代码生成器)是Unix下十分重要的词法分析，语法分析的工具。经常用于语言分
析，公式编译等广泛领域。遗憾的是网上中文资料介绍不是过于简单，就是跳跃太大，
入门参考意义并不大。本文通过循序渐进的例子，从0开始了解掌握Lex和Yacc的用法。

<本系列文章的地址：http://blog.csdn.net/liwei_cmg/category/207528.aspx>

一.Lex(Lexical Analyzar) 初步示例

先看简单的例子(注：本文所有实例皆在RetHat Linux下完成):

一个简单的Lex文件 exfirst.l 内容：

%{
#include "stdio.h"
%}
%%
[/n]                  ;
[0-9]+                printf("Int     : %s/n",yytext);
[0-9]*/.[0-9]+        printf("Float   : %s/n",yytext);
[a-zA-Z][a-zA-Z0-9]* printf("Var     : %s/n",yytext);
[/+/-/*///%]          printf("Op      : %s/n",yytext);
.                     printf("Unknown : %c/n",yytext[0]);
%%

在命令行下执行命令flex解析，会自动生成lex.yy.c文件：
[root@localhost liweitest]flex exfirst.l

进行编译生成parser可执行程序：
[root@localhost liweitest]cc -o parser lex.yy.c -ll

[注意：如果不加-ll链结选项，cc编译时会出现以下错误，后面会进一步说明。]

/usr/lib/gcc-lib/i386-redhat-linux/3.2.2/../../../crt1.o(.text+0x18): In function `_start':
../sysdeps/i386/elf/start.S:77: undefined reference to `main'
/tmp/cciACkbX.o(.text+0x37b): In function `yylex':
: undefined reference to `yywrap'
/tmp/cciACkbX.o(.text+0xabd): In function `input':
: undefined reference to `yywrap'
collect2: ld returned 1 exit status

创建待解析的文件 file.txt：

title
i=1+3.9;
a3=909/6
bcd=4%9-333

通过已生成的可执行程序，进行文件解析。

[root@localhost liweitest]# ./parser < file.txt
Var     : title
Var     : i
Unknown : =
Int     : 1
Op      : +
Float   : 3.9
Unknown : ;
Var     : a3
Unknown : =
Int     : 909
Op      : /
Int     : 6
Var     : bcd
Unknown : =
Int     : 4
Op      : %
Int     : 9
Op      : -
Int     : 333

到此Lex用法会有个直观的了解：

1.定义Lex描述文件
2.通过lex，flex工具解析成lex.yy.c文件
3.使用cc编译lex.yy.c生成可执行程序

再来看一个比较完整的Lex描述文件 exsec.l ：

%{
#include "stdio.h"
int linenum;
%}
%%
title                 showtitle();
[/n]                  linenum++;
[0-9]+                printf("Int     : %s/n",yytext);
[0-9]*/.[0-9]+        printf("Float   : %s/n",yytext);
[a-zA-Z][a-zA-Z0-9]* printf("Var     : %s/n",yytext);
[/+/-/*///%]          printf("Op      : %s/n",yytext);
.                     printf("Unknown : %c/n",yytext[0]);
%%
showtitle()
{
printf("----- Lex Example -----/n");
}

int main()
{
linenum=0;
yylex(); /* 进行分析 */
printf("/nLine Count: %d/n",linenum);
return 0;
}
int yywrap()
{
return 1;
}

进行解析编译：
[root@localhost liweitest]flex exsec.l
[root@localhost liweitest]cc -o parser lex.yy.c
[root@localhost liweitest]./parser < file.txt

----- Lex Example -----
Var     : i
Unknown : =
Int     : 1
Op      : +
Float   : 3.9
Unknown : ;
Var     : a3
Unknown : =
Int     : 909
Op      : /
Int     : 6
Var     : bcd
Unknown : =
Int     : 4
Op      : %
Int     : 9
Op      : -
Int     : 333

Line Count: 4

这里就没有加-ll选项，但是可以编译通过。下面开始着重整理下Lex描述文件.l。

二.Lex(Lexical Analyzar) 描述文件的结构介绍

Lex工具是一种词法分析程序生成器，它可以根据词法规则说明书的要求来生成单词识
别程序，由该程序识别出输入文本中的各个单词。一般可以分为<定义部分><规则部
分><用户子程序部分>。其中规则部分是必须的，定义和用户子程序部分是任选的。

(1)定义部分
定义部分起始于 %{ 符号，终止于 %} 符号，其间可以是包括include语句、声明语句
在内的C语句。这部分跟普通C程序开头没什么区别。
%{
#include "stdio.h"
int linenum;
%}

(2) 规则部分
规则部分起始于"%%"符号，终止于"%%"符号，其间则是词法规则。词法规则由模式和
动作两部分组成。模式部分可以由任意的正则表达式组成，动作部分是由C语言语句组
成，这些语句用来对所匹配的模式进行相应处理。需要注意的是，lex将识别出来的单
词存放在yytext[]字符数据中，因此该数组的内容就代表了所识别出来的单词的内容。
类似yytext这些预定义的变量函数会随着后面内容展开一一介绍。动作部分如果有多
行执行语句，也可以用{}括起来。

%%
title                 showtitle();
[/n]                  linenum++;
[0-9]+                printf("Int     : %s/n",yytext);
[0-9]*/.[0-9]+        printf("Float   : %s/n",yytext);
[a-zA-Z][a-zA-Z0-9]* printf("Var     : %s/n",yytext);
[/+/-/*///%]          printf("Op      : %s/n",yytext);
.                     printf("Unknown : %c/n",yytext[0]);
%%

A.规则部分的正则表达式

规则部分是Lex描述文件中最为复杂的一部分，下面列出一些模式部分的正则表达式字
符含义：

A-Z, 0-9, a-z 构成模式部分的字符和数字。

- 指定范围。例如：a-z 指从 a 到 z 之间的所有字符。

/                     转义元字符。用来覆盖字符在此表达式中定义的特殊意义，
                      只取字符的本身。

[]                    表示一个字符集合。匹配括号内的任意字符。如果第一个字
                      符是^那么它表示否定模式。例如: [abC] 匹配 a, b, 和C
                      的任何一个。

^                     表示否定。

*                     匹配0个或者多个上述模式。
+                     匹配1个或者多个上述模式。
?                     匹配0个或1个上述模式。

$ 作为模式的最后一个字符时匹配一行的结尾。

{ }                   表示一个模式可能出现的次数。例如: A{1,3} 表示 A 可
                     能出现1次或3次。[a-z]{5} 表示长度为5的，由a-z组成的
                     字符。此外，还可以表示预定义的变量。

.                     匹配任意字符，除了 /n。

( ) 将一系列常规表达式分组。如：{Letter}({Letter}|{Digit})*
| 表达式间的逻辑或。

"一些符号" 字符的字面含义。元字符具有。如："*" 相当于 [/*]。

/                     向前匹配。如果在匹配的模式中的"/"后跟有后续表达式，
                      只匹配模版中"/"前面的部分。如：模式为 ABC/D 输入 ABCD，
                      时ABC会匹配ABC/D，而D会匹配相应的模式。输入ABCE的话，
                      ABCE就不会去匹配ABC/D。

B.规则部分的优先级

规则部分具有优先级的概念，先举个简单的例子：

%{
#include "stdio.h"
%}
%%
[/n]                  ;
A                     {printf("ONE/n");};
AA                    {printf("TWO/n");};
AAAA                  {printf("THREE/n");};
%%

此时，如果输入内容：

[root@localhost liweitest]# cat file1.txt
AAAAAAA

[root@localhost liweitest]# ./parser < file1.txt
THREE
TWO
ONE

Lex分析词法时，是逐个字符进行读取，自上而下进行规则匹配的，读取到第一个A字符
时，遍历后发现三个规则皆匹配成功，Lex会继续分析下去，读至第五个字符时，发现
"AAAA"只有一个规则可用，即按行为进行处理，以此类推。可见Lex会选择最长的字符
匹配规则。

如果将规则
AAAA {printf("THREE/n");};
改为
AAAAA {printf("THREE/n");};

./parser < file1.txt 输出结果为：
THREE
TWO

再来一个特殊的例子：

%%
title showtitle();
[a-zA-Z][a-zA-Z0-9]* printf("Var : %s/n",yytext);
%%

并输入title，Lex解析完后发现，仍然存在两个规则，这时Lex只会选择第一个规则，下面
的则被忽略的。这里就体现了Lex的顺序优先级。把这个例子稍微改一下：

%%
[a-zA-Z][a-zA-Z0-9]* printf("Var : %s/n",yytext);
title showtitle();
%%

Lex编译时会提示：warning, rule cannot be matched.这时处理title字符时，匹配
到第一个规则后，第二个规则就无效了。

再把刚才第一个例子修改下，加深下印象！

%{
#include "stdio.h"
%}
%%
[/n]                  ;
A                     {printf("ONE/n");};
AA                    {printf("TWO/n");};
AAAA                  {printf("THREE/n");};
AAAA                  {printf("Cannot be executed!");};

./parser < file1.txt 显示效果是一样的，最后一项规则肯定是会忽略掉的。

C.规则部分的使用变量

且看下面示例：

%{
#include "stdio.h"
int linenum;
%}
int                   [0-9]+
float                 [0-9]*/.[0-9]+
%%
{int}                 printf("Int     : %s/n",yytext);
{float}               printf("Float   : %s/n",yytext);
.                     printf("Unknown : %c/n",yytext[0]);
%%

在%}和%%之间，加入了一些类似变量的东西，注意是没有;的，这表示int，float分
别代指特定的含义，在两个%%之间，可以通过{int}{float}进行直接引用，简化模
式定义。

(3) 用户子程序部分

最后一个%%后面的内容是用户子程序部分，可以包含用C语言编写的子程序，而这些子
程序可以用在前面的动作中，这样就可以达到简化编程的目的。这里需要注意的是，
当编译时不带-ll选项时，是必须加入main函数和yywrap(yywrap将下后面说明)。如：

...
%%
showtitle()
{
printf("----- Lex Example -----/n");
}

int main()
{
linenum=0;
yylex(); /* 进行Lex分析 */
printf("/nLine Count: %d/n",linenum);
return 0;
}
int yywrap()
{
return 1;
}

三.Lex(Lexical Analyzar) 一些的内部变量和函数

内部预定义变量：

yytext   char * 当前匹配的字符串
yyleng   int     当前匹配的字符串长度
yyin     FILE * lex当前的解析文件，默认为标准输出
yyout    FILE * lex解析后的输出文件，默认为标准输入
yylineno int     当前的行数信息

内部预定义宏：

ECHO #define ECHO fwrite(yytext, yyleng, 1, yyout) 也是未匹配字符的
默认动作

内部预定义的函数：

int yylex(void)    调用Lex进行词法分析
int yywrap(void)   在文件(或输入)的末尾调用。如果函数的返回值是1，就停止解
                   析。因此它可以用来解析多个文件。代码可以写在第三段，这
                   样可以解析多个文件。方法是使用 yyin 文件指针指向不同的
                   文件，直到所有的文件都被解析。最后，yywrap() 可以返回1
                   来表示解析的结束。


lex和flex都是解析Lex文件的工具，用法相近，flex意为fast lexical analyzer generator。
可以看成lex的升级版本。

相关更多内容就需要参考flex的man手册了，十分详尽。

四.关于Lex的一些综述

Lex其实就是词法分析器，通过配置文件*.l，依据正则表达式逐字符去顺序解析文件，
并动态更新内存的数据解析状态。不过Lex只有状态和状态转换能力。因为它没有堆栈，
它不适合用于剖析外壳结构。而yacc增加了一个堆栈，并且能够轻易处理像括号这样的
结构。Lex善长于模式匹配，如果有更多的运算要求就需要yacc了。

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