词法分析器设计与实现：从正则到DFA

"该文档是关于词法分析器的设计与实现，主要功能包括读取源代码、预处理、词法分析、结果输出和错误报告。它使用正则表达式定义词法规则，通过DFA进行分析，并生成词法单元序列、常量和变量符号表。" 词法分析器是编译器前端的重要组成部分，它的主要任务是将源代码转换成一系列有意义的词法单元（Token），这些Token是编译器理解代码的基础。本文档详细描述了这个过程，包括以下几个关键知识点： 1. **功能需求**： - FR1: 读取源程序代码，这是分析的起点。 - FR2: 预处理阶段，删除多余的空字符，使输入更规范。 - FR3: 使用确定有限自动机（DFA）进行词法分析，生成Token序列、常量符号表和变量符号表。 - FR4: 输出分析结果，包括Token序列等信息。 - FR5: 报告错误，如果在分析过程中发现错误，报告错误所在的代码行数。 2. **正则表达式设计**： - 变量（id）：以字母开头，后面可跟数字或字母。 - 保留字：如`if`, `else`, `while`, `for`等，它们是编程语言的关键字，有特定含义。 - 数值常量：整数或带小数点的浮点数。 - 符号：包括加减乘除、分号、括号、比较运算符等。 3. **状态转换**： - 文档提到了从正则表达式到非确定有限自动机（NFA），再到确定有限自动机（DFA）的转换过程。NFA到DFA的转换通常通过子集构造法实现，以减少状态数量并确保正确性。 4. **类职责**： - `Io.FileHandler`负责文件的读写，包括源代码文件、配置文件和输出文件。 - `main.Main`是程序入口点。 - `analyzer.Scanner`预处理输入，删除多余空字符。 - `analyzer.Analyzer`进行实际的词法分析，调用DFA进行词法单元识别。 - `analyzer.Table`定义符号表数据结构。 - `analyzer.Token`定义Token的结构。 - `analyzer.DFA.state.State`接口定义了状态行为，各状态子类（如`State0`至`State7`）实现此接口。 5. **算法流程**： - 词法分析通常从读取源代码开始，然后根据正则表达式和DFA的状态转换规则，逐字符扫描并确定Token类型。如果遇到无法匹配的字符，或者违反语法规则的情况，会报告错误。 6. **输出**： - `token.txt`存储分析出的Token序列，错误时显示错误行。 - `cons_table.txt`保存常量符号表。 - `var_table.txt`保存变量符号表。 这个词法分析器的实现考虑了错误处理，这对于编译器的健壮性至关重要，因为它允许开发者在早期阶段发现并修复语法错误。通过这个过程，可以将复杂的源代码分解成易于理解和处理的基本元素，为后续的语法分析和语义分析打下基础。