实验一 词法分析 我用一片简单的芦叶,编成一支可爱的短笛,哦!我的女神,我吹奏出来的是诗吗? ---- 赠23级初涉编译器设计的同学 一、实验目的： 通过设计编制调试一个具体的词法分析程序，加深对词法分析原理的理解。并掌握在对程序设计语言源程序进行扫描过程中将其分解为各类单词的词法分析方法。 二、实验内容 编制一个单词获取程序，从文件输入的源程序中，识别出各个具有独立意义的单词，即关键字、标识符、整数、小数、分隔符、四则运算符、比较运算符、赋值运算符等八大类。 三、实验要求 1、词法规则 关键字：int、float、program、const 、def 、begin 、end、call 、let、if、then、else、fi 、while、do 、endwh 、return、and、or 单词类别：1 说明：关键字大小写敏感（区分大小写）。 标识符：字母打头，由字母、数字组成的符号串，最大长度不超过32个字符。 单词类别：2 说明：标识符大小写不敏感（不区分大小写）。 整数： 10进制无符号整数，由0~9十个数字组成，除“0”之外，整数的首位数字不为0。 单词类别：3 说明：整数没有正负号。输入的整数都在16bits位之内，即整数常量值不能超过216。例如，下面几个串都表示十进制整数：0、234、10000。 小数： 数字串1 · 数字串2 单词类别：4 说明：小数是无符号浮点型常数，由一串数字与一个小数点组成，小数点的前后必须有数字出现，即：数字串1、 数字串2都必须有数字。 例如，下面几个串都是浮点数：0.7、12.43、9.0。不需要考虑指数形式小数。 分隔符： ( ) ； , //左右括号、分号、逗号 单词类别：5 四则运算符： + - * / //加、减、乘、除 单词类别：6 比较运算符： == < <= > >= <> 单词类别：7 赋值运算符： = 单词类别：8 此外，还需能正确跳过源程序中的注释，包括单行注释和多行注释（注释语法同C语言）。 为了实现的编译程序实用，这里规定源程序可采用自由书写格式，即一行内可以书写多个语句，一个语句也可以占领多行书写。 2、设计要求 （1）输入格式 设计一个词法分析器，其输入为要分析的源文件（文本文件），调用该词法分析器顺序识别出源文件中的所有单词。程序需要能够接收一个输入文件名作为参数。例如，假设你的程序名为cc、输入文件名为test1、程序和输入文件都位于当前目录下，那么在Windows的命令行下运行cc test1即可获得以test1作为输入文件的输出结果。 （2）输出结果 实验一要求通过标准输出打印程序的运行结果。 每个单词需要输出：单词类型、单词本身、行号、列号。遇到错误时可显示“Error”，然后跳过错误部分继续显示。 每一个单词信息单独占一行，具体输出格式可参见后续的样例。 例如，对于如下的程序片段： int a; let a = 30; 要求输出如下所示： （1，int，1， 1） （2，a, 1， 6） （5，;, 1， 7） （1，let，2， 1） （2，a， 2， 5） （8，= ，2， 7） （3，30，2， 9） （5，;, 2，11） 注意：请严格遵守实验要求中给定的单词分类和单词规则，否则将影响你的实验评分（严重者将以抄袭代码处理）。 （3）为了便于被实验二的语法分析代码所调用，设计一个主程序，通过人机交互的方式或命令行参数获得需要分析的源代码文件，打开待分析的源程序，通过反复调用词法分析程序逐个获得源代码中的所有单词并输出。 整个程序的总体流程见图1-1。 注意：必须在主程序中输出单词的信息，词法分析中不能输出单词信息，只能通过返回值返回所提取的单词信息。 （4）实验结束后提交源代码、测试数据、实验报告； （5）本次实验提交的截止日期：2025-3-30 提交地址：http://10.199.227.254/作业提交/姚砺/编译原理/实验一 http://10.199.227.254/作业提交/万燕/编译原理/实验一 注意: 实验一必须经授课老师或助教当面检查通过后才能提交。 检查地点：学院楼117、121。 （6）实验报告内容： (a) 有关词法分析器设计的说明。详细说明词法分析器的实现原理，包括软件结构设计说明、功能模块说明、关键数据结构说明、关键算法实现等。 (b) 给出词法分析器源程序清单，并标记出每个模块的功能； (c) 详细全面的测试用例和测试结果分

<think>好的，我现在要处理用户关于编译原理实验一的词法分析器设计的问题。首先，我需要明确用户的具体需求。用户提到想了解设计要求及实现细节，包括关键字、标识符、整数、小数、分隔符、运算符的识别规则以及输入输出格式。同时，用户的问题中引用了四个参考资料，我需要结合这些引用内容来构建回答。 首先，我要回顾编译原理中词法分析的基础知识。词法分析器的主要任务是将源代码分解为词素，生成单词符号，通常以二元式形式输出。根据引用[2]，需要识别五大类单词：保留字、标识符、常数、运算符、分隔符。同时，引用[3]提到需要错误处理，以及输出二元式序列作为中间文件。 接下来，我需要整理设计要求。用户提供的引用中，实验要求包括类别编码、错误处理、单独的词法分析阶段以及测试用例。根据引用[3]，每个单词应有对应的类别编码，比如关键字可能用1开头，标识符用2，常数用3，运算符用4，分隔符用5。错误处理部分需要识别非法字符，如引用[2]所述，显示错误并跳过继续处理。 然后是识别规则。关键字通常是预定义的字符串，如if、while等，需要精确匹配。标识符的正则表达式一般是字母开头，后接字母、数字或下划线。整数和小数需要分开处理，整数可能为纯数字，小数则需要包含小数点且前后有数字。运算符和分隔符需要逐个字符判断，如+、-、*、/等运算符，括号、逗号等分隔符。 输入输出格式方面，输入应为源代码文件，输出为二元式序列，例如（类别编码，单词值）。引用[3]提到输出到中间文件，测试用例需要覆盖各种情况，包括正确和错误的情况。 实现方法部分，可以采用自动生成或手工编写。自动生成的话，用Flex这样的工具，根据正则规则生成代码。手工实现则需用有限状态机，逐个字符处理，根据状态转移判断单词类型。例如，初始状态遇到字母则进入标识符状态，遇到数字进入整数或小数状态。 错误处理方面，遇到无法识别的字符，应报错并跳过，继续分析后续内容。例如，引用[2]提到显示“Error”并输出该字符，然后继续。 测试用例设计需要全面，比如包含各种关键字、合法和非法标识符、整数、小数、运算符组合，以及错误字符。例如，测试用例1可能包含正确的代码片段，而测试用例2则包含错误字符如@，检验错误处理功能。 最后，我需要确保回答结构清晰，分点列出设计要求、识别规则、输入输出、实现方法和测试用例，并符合用户要求的格式，如使用中文、正确LaTeX公式，以及添加引用标记。同时，生成相关问题，帮助用户进一步学习。</think>### 编译原理实验一词法分析器设计与实现 #### 一、设计要求 1. **单词分类与编码** 需识别以下5类单词，并为每类分配唯一类别编码（例如）： - 关键字：`if`, `else`, `int`, `float` 等（编码示例：1开头，如$1_{01}$） - 标识符：字母开头，后接字母/数字/下划线（编码示例：2开头） - 常数：整数（如$123$）、小数（如$3.14$）（编码示例：3开头） - 运算符：`+`, `-`, `*`, `/`, `=`, `==` 等（编码示例：4开头） - 分隔符：`(`, `)`, `;`, `,`, `{`, `}` 等（编码示例：5开头） （具体编码规则需根据实验要求定义[^3]） 2. **错误处理** 检测非法字符（如`@`, `$`），输出错误信息并跳过继续解析[^2]。 3. **输出格式** 生成二元式序列文件，格式为`(类别编码, 单词值)`，例如标识符`count`输出为$(2, "count")$。 --- #### 二、识别规则（正则文法） 1. **关键字** 直接匹配预定义保留字集合，例如： $$ \text{keyword} \rightarrow \text{"if" | "else" | "int" | ...} $$ 2. **标识符** 正则表达式： $$ \text{identifier} \rightarrow [a-zA-Z][a-zA-Z0-9\_]* $$ 3. **常数** - 整数：$\text{integer} \rightarrow [0-9]+$ - 小数：$\text{float} \rightarrow [0-9]+\text{.}[0-9]+$ 4. **运算符与分隔符** 单字符（如`+`）或多字符（如`++`），需优先匹配较长运算符。 --- #### 三、输入输出格式 1. **输入** C语言源代码文件（如`test.c`）。 2. **输出** 二元式序列文件，例如： ```plaintext (1_01, "if") (2, "x") (4_01, "+") (3_01, "5") (5_01, ";") ``` --- #### 四、实现方法 1. **自动生成（Flex工具）** 使用正则规则编写`.l`文件，生成词法分析器代码[^1]。 2. **手工实现（有限状态机）** ```python def lexer(input): state = 'START' buffer = '' for char in input: if state == 'START': if char.isalpha(): state = 'IDENTIFIER' buffer += char elif char.isdigit(): state = 'INTEGER' buffer += char # 其他状态转移... elif state == 'IDENTIFIER': if char.isalnum() or char == '_': buffer += char else: yield ('IDENTIFIER', buffer) buffer = '' state = 'START' # 处理当前字符... ``` --- #### 五、测试用例设计 1. **用例1（合法输入）** ```c int main() { float x = 3.14; if (x > 0) return 1; } ``` 2. **用例2（含错误）** ```c int 2var = 5; // 错误：标识符以数字开头 char@str = "test"; // 错误：非法字符@ ``` ---