【Flex学习笔记】1：生成简易的词法分析程序

简述

Flex是重写Lex诞生的快速词法分析生成器，在编译前端（词法分析->语法分析->语义分析）中处在最靠前的位置，它可以用来生成特定的词法分析程序。

安装Flex：

apt-get install flex

没有专用于Flex的IDE，可以在VSCode安装Lex Flex Yacc Bison插件，可以让Flex语法高亮。

Flex使用示例

Flex程序通常写成.l文件，其中由两个%%分成上中下三部分，第一部分是声明和选项设置（编译后被原样写入生成的词法分析程序最顶端），第二部分是正则表达式模式和相应Action，第三部分主程序中是一些与Action相关的例程（也会被照抄）。

第一部分如果不需要就不用写。第三部分如果不写，Flex会提供一个最小的调用词法分析器的主程序。

核心就在第二部分，因为一个正则表达式可以对应一个有限自动机，Flex就是将正则表达式翻译成DFA，然后在DFA转移时执行相应的Action完成处理。

如课本上的统计行数、单词数、字符数的Flex程序：

%{int chars = 0; //用于记录字符数int words = 0; //用于记录单词数int lines = 0; //用于记录行数
%}%% //分割第一部分和第二部分[^ \t\n\r\f\v]+ { words++; chars+=strlen(yytext); } //匹配到单词(没有空白符的连续串)时，单词数+1，字符数+=单词长度
\n              { chars++; lines++; } //匹配到换行符时，字符数+1，行数+1
.               { chars++; } //匹配到其它任何字符，只增加字符数%% //分割第二部分和第三部分//主函数
int main(int argc, char **argv)
{yylex(); //调用Flex提供的词法分析例程yylex()printf("%8d%8d%8d\n", lines, words, chars); //输出统计结果
}

使用flex命令对其翻译：

flex WordCount.l

在同一目录下生成了近1800的C语言程序lex.yy.c，这就是Flex生成的程序，只不过这个例子不是词法分析目的。将这个程序用gcc（或者Unix的cc）编译：

gcc lex.yy.c -lfl

其中-lfl参数用于链接flex的库函数。编译后在目录下生成了a.out，直接执行就可以使用这个程序了，输入可换行的文本并最终Ctrl+D（这是Unix/Linux下的换行符）结束输入：

lzh@DESKTOP-HCSIG2E:/mnt/e/Compiler/flex$ ./a.out
I am sb lzh.
I like cute cat, and i wanna eat foods.
That's all, bye!3      16      70

这表示，输入的文本有3行，16个单词（"That’s"整个视为一个单词），70个字符。

Flex生成词法分析程序

这里按照课本上的案例，做一个整数的四则运算器。

Flex在这里生成词法分析程序，词法分析程序会识别输入的单词，然后将分析结果输出。

%%"+"     { printf("PLUS\n"); }
"-"     { printf("MINUS\n"); }
"*"     { printf("TIMES\n"); }
"/"     { printf("DIVIDE\n"); }
"|"     { printf("ABS\n"); }
[0-9]+  { printf("NUMBER %s\n", yytext); } //数字
\n      { printf("NEWLINE\n"); }
[ \t]   { } //忽略空白符
.       { printf("Mystery charactor %s\n", yytext); } //其它字符是不合法的，提示错误%%

翻译，编译，运行：

lzh@DESKTOP-HCSIG2E:/mnt/e/Compiler/flex$ ./a.out
2019+11-30/2
NUMBER 2019
PLUS
NUMBER 11
MINUS
NUMBER 30
DIVIDE
NUMBER 2
NEWLINE
77 + 8 8 | abc
NUMBER 77
PLUS
NUMBER 8
NUMBER 8
ABS
Mystery charactor a
Mystery charactor b
Mystery charactor c
NEWLINE

改进的词法分析程序

一般为模式匹配的Action中设置返回值（而不是像前面那样直接print），这样yylex()每次识别到相应的模式，如果有返回值，就立即返回，然后继续调用yylex()识别下一个模式；如果是没有返回值的模式，就会继续向后识别。

另外，还可以设置记号编号和记号值。记号编号用于记录词的类别，而记号的值则用于记录此类别的某个具体值。例如记号编号可以是NUMBER，然后记号值取10，就表示了整型常量10。

Bison创建的语法分析器自动从258开始指派记号编号，这是为了防止和文字字符冲突。Flex里为了和Bison统一，也不妨从258开始编号。

记号的值为了能给不同的类型使用，通常使用union类型。不过这个例子里因为只有数字需要有记号值，所以直接就用int类型。

%{//记号编号enum yytokentype{NUMBER = 258,ADD = 259,SUB = 260,MUL = 261,DIV = 262,ABS = 263,EOL = 264};//存储记号值int yylval;
%}%%"+"     { return ADD; }
"-"     { return SUB; }
"*"     { return MUL; }
"/"     { return DIV; }
"|"     { return ABS; }
[0-9]+  { yylval = atoi(yytext); return NUMBER; } //匹配到数字时，将其转为int写入记号值的变量中
\n      { return EOL; }
[ \t]   { } //忽略空白符
.       { printf("Mystery charactor %c\n", *yytext); } //其它字符是不合法的，提示错误%%int main(int argc, char **argv) {int tok;while(tok=yylex()) { //每次从记号流中匹配出一个记号编号printf("%d", tok);if(tok==NUMBER) //如果是数字，还需要输出记号值printf(" = %d\n", yylval);elseprintf("\n");}return 0;
}

翻译，编译，运行：

lzh@DESKTOP-HCSIG2E:/mnt/e/Compiler/flex$ ./a.out
2019+11-30/2
258 = 2019
259
258 = 11
260
258 = 30
262
258 = 2
264