词法分析实验：有限自动机与扫描器设计

"识别器(有限自动机)的设计:-词法分析实验介绍" 在这个实验中，我们将探讨如何设计和实现一个词法分析器，也就是识别器，它基于有限自动机的理论。词法分析是编译器或解释器的第一步，它的主要任务是将源程序分解成一系列有意义的符号，称为Token，这些Token可以是关键字、标识符、无符号整数、等号或赋值号。 首先，我们需要理解识别器的设计。识别器通常由一个有限状态自动机（Finite State Automaton, FSA）来表示，它定义了一组状态以及从一个状态转换到另一个状态的规则。在词法分析中，每个状态对应于源代码中的某个特定模式。例如，状态可能包括正在读取标识符的开始、正在读取数字的中间或者已经遇到源程序的结束符。 描述中提到了几个关键点： 1. **关键字/标识符**：这些是编程语言中的保留字，如"program"、"procedure"等，以及用户自定义的变量名或函数名。 2. **无符号整数**：在源代码中表示数值的数据类型，不包含正负号。 3. **等号与赋值号**：等号 "=" 用于比较，赋值号 ":=" 用于赋值操作。 4. **空格、回车、换行**：这些被认为是空白字符，通常在词法分析阶段会被忽略。 在实验内容部分，我们关注的重点是： 1. **简单的扫描器设计**：这涉及构建识别器的自动机模型，以及实现将源代码转化为Token序列的算法。 2. **输入与输出**：输入是源程序文件，输出是Token序列，还包括关键字表、界符表、符号表和常数表。 3. **扫描器设计**：设计识别器时，要考虑不同类型的字符组合，例如字母（ℓ）和数字（d），以及如何处理后继字符（≮）和省略的其他界符（…）。 4. **关键字表和界符表**：预先定义好每个关键字和界符的编码，方便后续的Token化过程。 5. **TOKEN设计方案**：为了高效，Token采用统一编码，标识符、常数、关键字和界符都有不同的编码。 6. **程序实现**：涉及到数据结构（如当前字符`ch`, 当前单词`strToken`，关键字表，符号表，常数表和Token数组）以及处理单词的算法。 在算法设计中，一般会包含以下步骤： 1. **初始化**：设置初始状态，通常从读取源代码的第一个字符开始。 2. **滤波**：移除空格、回车和换行等空白字符。 3. **状态转换**：根据当前字符和自动机状态进行转换，识别出Token类型。 4. **Token生成**：当识别出一个完整的Token时，将其添加到Token序列，并更新状态。 5. **结束处理**：处理完源程序的最后一个字符后，结束分析。 整个实验旨在帮助学生熟悉词法分析的过程，通过实践掌握有限自动机在词法分析中的应用，以及如何用编程语言实现这个过程。通过这个实验，学生将能够理解并构建一个简单的词法分析器，从而为理解和设计更复杂的编译器或解析器打下基础。