词法分析程序设计：正规表达式与有穷自动机

"第三章 编译原理 - 词法分析" 在编译原理中，词法分析是编译过程中的重要步骤，它为后续的语法分析提供了基础。本章主要探讨了词法分析程序的设计原理，其中包括单词的描述技术、识别机制以及词法分析程序的自动构造。 3.1 词法分析程序 词法分析程序，也称为词法器或扫描器，它的主要任务是读取源程序中的字符流，根据预定义的规则将其分割成一系列有意义的单元，这些单元被称为单词（Token）。单词是语言中最小的有意义的元素，可以包括保留字、标识符、运算符、标点符号和常量等。词法分析通常在语法分析之前进行，它为解析器提供输入，使得解析器能理解源代码的结构。 3.2 正规表达式与正规集（正规语言） 正规表达式是一种强大的工具，用于描述程序设计语言中的单词模式。通过组合基本的字符类和一些特殊操作符，如星号（*）、加号（+）和圆括号，正规表达式可以表示一系列字符串。正规集是所有能被某个正规表达式匹配的字符串集合，它们构成了正规语言。正规表达式是描述词法规则的核心机制。 3.3 有穷自动机 有穷状态自动机（Finite State Automaton，FSA），如NFA（非确定有限状态自动机）和DFA（确定有限状态自动机），是用于识别正规表达式的数学模型。在词法分析中，每个单词的模式都可以映射到一个FSA，这个自动机的状态转移可以模拟源程序字符流，当自动机达到接受状态时，表明找到了一个符合规则的单词。 3.4 词法分析程序的自动构造 词法分析程序的自动构造是指通过自动化工具，如LEX或Flex，根据正规表达式自动生成词法分析器的源代码。这些工具能够简化词法分析器的开发过程，程序员只需定义正规表达式和对应的动作，工具会生成相应的C或C++代码。 本章的重点在于理解如何使用正规表达式描述单词，如何利用有穷状态自动机识别这些表达式，并学习如何使用自动化工具构建词法分析程序。词法分析程序不仅负责识别单词，还处理诸如过滤空白、跳过注释、处理换行符、宏展开等辅助任务。通过词法分析，源程序被转化为一系列易于解析的词法单元，为后续的语法分析和编译过程奠定了基础。