C#构建NFA：从正则表达式到状态机详解

本篇文章详细介绍了C#中构造词法分析器时使用非确定性有限自动机(NFA)的过程。NFA是正则表达式的一种实现形式，它在理解复杂匹配模式时非常有用。首先，NFA的基本构成包括首状态和尾状态，比如正则表达式$t$的NFA为N(t)，首状态是$H$，尾状态是$T$。在设计中，NFA类被简化为仅包含这三个核心属性：首状态、尾状态以及添加新状态的方法，这样便于递归算法处理。 NFA的状态包含三个关键属性：符号索引、状态转移和状态类型。符号索引用于标识接受状态对应正则表达式的特定字符，其他状态的索引设为-1。状态转移表示从一个状态到另一个状态的方式，尽管NFA理论上允许每个节点有多重转移，但文章规定字符转移仅允许有一个，这是为了简化后续构造算法的设计。 状态类型是为了解决向前看符号的需求，分为Normal、TrailingHead和Trailing三种，它们在处理诸如特殊语法结构（如贪婪匹配）时起到重要作用。NfaState类提供了获取NFA实例、状态索引、符号索引、状态类型以及字符类转移等相关信息的方法。 通过递归算法，可以根据正则表达式逐步构建NFA的结构，从首状态开始，通过转移规则连接各个状态，直到达到尾状态。这样的过程有助于理解和实现词法分析器，因为NFA能够直观地映射出正则表达式的执行路径，从而有效地解析输入文本。 总结来说，本文的重点在于讲解如何用C#实现一个简单的词法分析器，通过NFA的形式来表示和处理正则表达式，强调了NFA的结构设计和关键属性在实际应用中的作用。这对于理解正则表达式的底层工作原理以及编写高效的词法分析器至关重要。