通过实例深入理解lec和yacc

本框架是一个lex/yacc完整的示例,包括详细的注释,用于学习lex/yacc程序基本的搭建方法,在linux/cygwin下敲入make就可以编译和执行。大部分框架已经搭好了,你只要稍加扩展就可以成为一个计算器之类的程序,用于《编译原理》的课程设计,或者对照理解其它lex/yacc项目的代码。
本例子虽小却演示了lex/yacc程序最重要和常用的特征:

* lex/yacc程序组成结构、文件格式。
* 如何在lex/yacc中使用C++和STL库,用extern "C"声明那些lex/yacc生成的、要链接的C函数,如yylex(), yywrap(), yyerror()。
* 重定义YYSTYPE/yylval为复杂类型。
* lex里多状态的定义和使用,用BEGIN宏在初始态和其它状态间切换。
* lex里正则表达式的定义、识别方式。
* lex里用yylval向yacc返回数据。
* yacc里用%token<>方式声明yacc记号。
* yacc里用%type<>方式声明非终结符的类型。
* 在yacc嵌入的C代码动作里,对记号属性($1, $2等)、和非终结符属性($$)的正确引用方法。
* 对yyin/yyout重赋值,以改变yacc默认的输入/输出目标。

本例子功能是,对当前目录下的file.txt文件,解析出其中的标识符、数字、其它符号,显示在屏幕上。linux调试环境是Ubuntu 10.04。

文件列表:

lex.l:		lex程序文件。
yacc.y:		yacc程序文件。
main.h:		lex.l和yacc.y共同使用的头文件。
Makefile:		makefile文件。
lex.yy.c:		用lex编译lex.l后生成的C文件。
yacc.tab.c:	用yacc编译yacc.y后生成的C文件。
yacc.tab.h:	用yacc编译yacc.y后生成的C头文件,内含%token、YYSTYPE、yylval等定义,供lex.yy.c和yacc.tab.c使用。
file.txt:		被解析的文本示例。
README.txt:	本说明。

下面列出主要的代码文件:

 main.h: lex.l和yacc.y共同使用的头文件 

#ifndef MAIN_HPP
#define MAIN_HPP

#include <iostream>//使用C++库
#include <string>
#include <stdio.h>//printf和FILE要用的

using namespace std;

/*当lex每识别出一个记号后,是通过变量yylval向yacc传递数据的。默认情况下yylval是int类型,也就是只能传递整型数据。
yylval是用YYSTYPE宏定义的,只要重定义YYSTYPE宏,就能重新指定yylval的类型(可参见yacc自动生成的头文件yacc.tab.h)。
在我们的例子里,当识别出标识符后要向yacc传递这个标识符串,yylval定义成整型不太方便(要先强制转换成整型,yacc里再转换回char*)。
这里把YYSTYPE重定义为struct Type,可存放多种信息*/
struct Type//通常这里面每个成员,每次只会使用其中一个,一般是定义成union以节省空间(但这里用了string等复杂类型造成不可以)
{
    string m_sId;
    int m_nInt;
    char m_cOp;
};

#define YYSTYPE Type//把YYSTYPE(即yylval变量)重定义为struct Type类型,这样lex就能向yacc返回更多的数据了

#endif

lex.l: lex程序文件

%{
/*本lex的生成文件是lex.yy.c
lex文件由3段组成,用2个%%行把这3段隔开。
第1段是声明段,包括:
1-C代码部分:include头文件、函数、类型等声明,这些声明会原样拷到生成的.c文件中。
2-状态声明,如%x COMMENT。
3-正则式定义,如digit ([0-9])。
第2段是规则段,是lex文件的主体,包括每个规则(如identifier)是如何匹配的,以及匹配后要执行的C代码动作。
第3段是C函数定义段,如yywrap()的定义,这些C代码会原样拷到生成的.c文件中。该段内容可以为空*/

//第1段:声明段
#include "main.h"//lex和yacc要共用的头文件,里面包含了一些头文件,重定义了YYSTYPE
#include "yacc.tab.h"//用yacc编译yacc.y后生成的C头文件,内含%token、YYSTYPE、yylval等定义(都是C宏),供lex.yy.c和yacc.tab.c使用

extern "C"//为了能够在C++程序里面调用C函数,必须把每一个需要使用的C函数,其声明都包括在extern "C"{}块里面,这样C++链接时才能成功链接它们。extern "C"用来在C++环境下设置C链接类型。
{    //yacc.y中也有类似的这段extern "C",可以把它们合并成一段,放到共同的头文件main.h中
    int yywrap(void);
    int yylex(void);//这个是lex生成的词法分析函数,yacc的yyparse()里会调用它,如果这里不声明,生成的yacc.tab.c在编译时会找不到该函数
}
%}

/*lex的每个正则式前面可以带有"<状态>",例如下面的"<COMMENT>\n"。每个状态要先用%x声明才能使用。
当lex开始运行时,默认状态是INITIAL,以后可在C代码里用"BEGIN 状态名;"切换到其它状态(BEGIN是lex/yacc内置的宏)。
这时,只有当lex状态切换到COMMENT后,才会去匹配以<COMMENT>开头的正则式,而不匹配其它状态开头的。
也就是说,lex当前处在什么状态,就考虑以该状态开头的正则式,而忽略其它的正则式。
其应用例如,在一段C代码里,同样是串"abc",如果它写在代码段里,会被识别为标识符,如果写在注释里则就不会。所以对串"abc"的识别结果,应根据不同的状态加以区分。
本例子需要忽略掉文本中的行末注释,行末注释的定义是:从某个"//"开始,直到行尾的内容都是注释。其实现方法是:
1-lex启动时默认是INITIAL状态,在这个状态下,串"abc"会识别为标识符,串"123"会识别为整数等。
2-一旦识别到"//",则用BEGIN宏切换到COMMENT状态,在该状态下,abc这样的串、以及其它字符会被忽略。只有识别到换行符\n时,再用BEGIN宏切换到初始态,继续识别其它记号。*/
%x COMMENT

/*非数字由大小写字母、下划线组成*/
nondigit    ([_A-Za-z])

/*一位数字,可以是0到9*/
digit        ([0-9])

/*整数由1至多位数字组成*/
integer        ({digit}+)

/*标识符,以非数字开头,后跟0至多个数字或非数字*/
identifier    ({nondigit}({nondigit}|{digit})*)

/*一个或一段连续的空白符*/
blank_chars    ([ \f\r\t\v]+)

/*下面%%后开始第2段:规则段*/
%%

{identifier}    {    //匹配标识符串,此时串值由yytext保存
            yylval.m_sId=yytext;//通过yylval向yacc传递识别出的记号的值,由于yylval已定义为struct Type,这里就可以把yytext赋给其m_sId成员,到了yacc里就可以用$n的方式来引用了
            return IDENTIFIER;    //向yacc返回: 识别出的记号类型是IDENTIFIER
        }

{integer}        {    //匹配整数串
            yylval.m_nInt=atoi(yytext);//把识别出的整数串,转换为整型值,存储到yylval的整型成员里,到了yacc里用$n方式引用
            return INTEGER;//向yacc返回: 识别出的记号类型是INTEGER
        }

{blank_chars}    {    //遇空白符时,什么也不做,忽略它们
        }
                
\n        {    //遇换行符时,忽略之
        }
"//"        {    //遇到串"//",表明要开始一段注释,直到行尾
            cout<<"(comment)"<<endl;//提示遇到了注释
            BEGIN COMMENT;//用BEGIN宏切换到注释状态,去过滤这段注释,下一次lex将只匹配前面带有<COMMENT>的正则式
        }

.        {    //.表示除\n以外的其它字符,注意这个规则要放在最后,因为一旦匹配了.就不会匹配后面的规则了(以其它状态<>开头的规则除外)
            yylval.m_cOp=yytext[0];//由于只匹配一个字符,这时它对应yytext[0],把该字符存放到yylval的m_cOp成员里,到了yacc里用$n方式引用
            return OPERATOR;//向yacc返回: 识别出的记号类型是OPERATOR
        }

<COMMENT>\n    {    //注释状态下的规则,只有当前切换到COMMENT状态才会去匹配
            BEGIN INITIAL;//在注释状态下,当遇到换行符时,表明注释结束了,返回初始态
        }

<COMMENT>.    {    //在注释状态下,对其它字符都忽略,即:注释在lex(词法分析层)就过滤掉了,不返回给yacc了
        }

%%

//第3段:C函数定义段
int yywrap(void)
{
    puts("-----the file is end");
    return 1;//返回1表示读取全部结束。如果要接着读其它文件,可以这里fopen该文件,文件指针赋给yyin,并返回0
}

yacc.y: yacc程序文件

%{
/*本yacc的生成文件是yacc.tab.c和yacc.tab.h
yacc文件由3段组成,用2个%%行把这3段隔开。
第1段是声明段,包括:
1-C代码部分:include头文件、函数、类型等声明,这些声明会原样拷到生成的.c文件中。
2-记号声明,如%token
3-类型声明,如%type
第2段是规则段,是yacc文件的主体,包括每个产生式是如何匹配的,以及匹配后要执行的C代码动作。
第3段是C函数定义段,如yyerror()的定义,这些C代码会原样拷到生成的.c文件中。该段内容可以为空*/

//第1段:声明段
#include "main.h"//lex和yacc要共用的头文件,里面包含了一些头文件,重定义了YYSTYPE

extern "C"//为了能够在C++程序里面调用C函数,必须把每一个需要使用的C函数,其声明都包括在extern "C"{}块里面,这样C++链接时才能成功链接它们。extern "C"用来在C++环境下设置C链接类型。
{    //lex.l中也有类似的这段extern "C",可以把它们合并成一段,放到共同的头文件main.h中
    void yyerror(const char *s);
    extern int yylex(void);//该函数是在lex.yy.c里定义的,yyparse()里要调用该函数,为了能编译和链接,必须用extern加以声明
}

%}

/*lex里要return的记号的声明
用token后加一对<member>来定义记号,旨在用于简化书写方式。
假定某个产生式中第1个终结符是记号OPERATOR,则引用OPERATOR属性的方式:
1-如果记号OPERATOR是以普通方式定义的,如%token OPERATOR,则在动作中要写$1.m_cOp,以指明使用YYSTYPE的哪个成员
2-用%token<m_cOp>OPERATOR方式定义后,只需要写$1,yacc会自动替换为$1.m_cOp
另外用<>定义记号后,非终结符如file, tokenlist,必须用%type<member>来定义(否则会报错),以指明它们的属性对应YYSTYPE中哪个成员,这时对该非终结符的引用,如$$,会自动替换为$$.member*/
%token<m_nInt>INTEGER
%token<m_sId>IDENTIFIER
%token<m_cOp>OPERATOR
%type<m_sId>file
%type<m_sId>tokenlist

%%

file:    //文件,由记号流组成
    tokenlist    //这里仅显示记号流中的ID
    {
        cout<<"all id:"<<$1<<endl;    //$1是非终结符tokenlist的属性,由于该终结符是用%type<m_sId>定义的,即约定对其用YYSTYPE的m_sId属性,$1相当于$1.m_sId,其值已经在下层产生式中赋值(tokenlist IDENTIFIER)
    };
tokenlist://记号流,或者为空,或者由若干数字、标识符、及其它符号组成
    {
    }
    | tokenlist INTEGER
    {
        cout<<"int: "<<$2<<endl;//$2是记号INTEGER的属性,由于该记号是用%token<m_nInt>定义的,即约定对其用YYSTYPE的m_nInt属性,$2会被替换为yylval.m_nInt,已在lex里赋值
    }
    | tokenlist IDENTIFIER
    {
        $$+=" " + $2;//$$是非终结符tokenlist的属性,由于该终结符是用%type<m_sId>定义的,即约定对其用YYSTYPE的m_sId属性,$$相当于$$.m_sId,这里把识别到的标识符串保存在tokenlist属性中,到上层产生式里可以拿出为用
        cout<<"id: "<<$2<<endl;//$2是记号IDENTIFIER的属性,由于该记号是用%token<m_sId>定义的,即约定对其用YYSTYPE的m_sId属性,$2会被替换为yylval.m_sId,已在lex里赋值
    }
    | tokenlist OPERATOR
    {
        cout<<"op: "<<$2<<endl;//$2是记号OPERATOR的属性,由于该记号是用%token<m_cOp>定义的,即约定对其用YYSTYPE的m_cOp属性,$2会被替换为yylval.m_cOp,已在lex里赋值
    };

%%

void yyerror(const char *s)    //当yacc遇到语法错误时,会回调yyerror函数,并且把错误信息放在参数s中
{
    cerr<<s<<endl;//直接输出错误信息
}

int main()//程序主函数,这个函数也可以放到其它.c, .cpp文件里
{
    const char* sFile="file.txt";//打开要读取的文本文件
    FILE* fp=fopen(sFile, "r");
    if(fp==NULL)
    {
        printf("cannot open %s\n", sFile);
        return -1;
    }
    extern FILE* yyin;    //yyin和yyout都是FILE*类型
    yyin=fp;//yacc会从yyin读取输入,yyin默认是标准输入,这里改为磁盘文件。yacc默认向yyout输出,可修改yyout改变输出目的

    printf("-----begin parsing %s\n", sFile);
    yyparse();//使yacc开始读取输入和解析,它会调用lex的yylex()读取记号
    puts("-----end parsing");

    fclose(fp);

    return 0;
}

Makefile: makefile文件

LEX=flex
YACC=bison
CC=g++
OBJECT=main #生成的目标文件

$(OBJECT): lex.yy.o  yacc.tab.o
    $(CC) lex.yy.o yacc.tab.o -o $(OBJECT)
    @./$(OBJECT) #编译后立刻运行

lex.yy.o: lex.yy.c  yacc.tab.h  main.h
    $(CC) -c lex.yy.c

yacc.tab.o: yacc.tab.c  main.h
    $(CC) -c yacc.tab.c

yacc.tab.c  yacc.tab.h: yacc.y
# bison使用-d参数编译.y文件
    $(YACC) -d yacc.y

lex.yy.c: lex.l
    $(LEX) lex.l

clean:
    @rm -f $(OBJECT)  *.o

file.txt: 被解析的文本示例

abc defghi
//this line is comment, abc 123 !@#$
123	45678	//comment until line end
!	@	#	$

使用方法:
1-把lex_yacc_example.rar解压到linux/cygwin下。
2-命令行进入lex_yacc_example目录。
3-敲入make,这时会自动执行以下操作:
(1) 自动调用flex编译.l文件,生成lex.yy.c文件。
(2) 自动调用bison编译.y文件,生成yacc.tab.c和yacc.tab.h文件。
(3) 自动调用g++编译、链接出可执行文件main。
(4) 自动执行main。
运行结果如下所示:

bison -d yacc.y
g++ -c lex.yy.c
g++ -c yacc.tab.c
g++ lex.yy.o yacc.tab.o -o main			
-----begin parsing file.txt
id: abc
id: defghi
(comment)
int: 123
int: 45678
(comment)
op: !
op: @
op: #
op: $
-----the file is end
all id: abc defghi
-----end parsing

 

posted on 2015-05-13 14:39  矮油~  阅读(12097)  评论(0编辑  收藏  举报

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