（2）简单的词法分析程序设计 1、实现的基本原理： 利用单词描述工具（文法、自动机及它们之间的关系）进行单词解析。 2、实验内容 （1）掌握从源程序文件中读取有效字符的方法和产生源程序的内部表示文件的方法。 （2）掌握词法分析的实现方法。 （3）上机调试编出的词法分析程序，不限于C语言。 （4）为简单起见，假设编译语言为具有下特征的C_minus。该词法分析器要求至少能够识别C_minus中的以下几类单词： a． 关键字：else if int return void while共6个，所有的关键字都是保留字，并且必须是小写； b． 标识符：识别与C语言词法规定相一致的标识符，通过下列正则表达式定义：ID = letter (letter | digit)*； c． 常数：NUM=(+ | - |ε)digit digit*(.digit digit* |ε)(e(+ | - |ε) digit digit* |ε)，letter = a|..|z|A|..|Z|，digit = 0|..|9，包括整数，如123, -123, +123等；小数，如123.45, +123.45, -123.45；科学计数法表示的常数，如+1.23e3，-2.3e-9； d． 专用符号：+ - * / < <= > >= == != = ; , ( ) [ ] { } /* */； 参考代码： import java.util.regex.*; public class Lexer { public enum TokenType { KEYWORD, IDENTIFIER, NUMBER, SYMBOL, ERROR } public static class Token { public final TokenType type; public final String lexeme; public Token(TokenType type, String lexeme) { this.type = type; this.lexeme = lexeme; } @Override public String toString() { return "<" + type + ", " + lexeme + ">"; } } public static Token lex(String input) { String pattern = "\\s*(?<KEYWORD>else|if|int|return|void|while)" + "|(?<IDENTIFIER>[a-zA-Z][a-zA-Z0-9]*)" + "|(?<NUMBER>[+-]?(?:\\d+(?:\\.\\d*)?|\\.\\d+)(?:[eE][+-]?\\d+)?)" + "|(?<SYMBOL>[+\\-*/<>=!;,\\[\\]{}()])" + "|(?<ERROR>.+)"; Pattern p = Pattern.compile(pattern); Matcher m = p.matcher(input); if (m.matches()) { if (m.group("KEYWORD") != null) { return new Token(TokenType.KEYWORD, m.group("KEYWORD")); } else if (m.group("IDENTIFIER") != null) { return new Token(TokenType.IDENTIFIER, m.group("IDENTIFIER")); } else if (m.group("NUMBER") != null) { return new Token(TokenType.NUMBER, m.group("NUMBER")); } else if (m.group("SYMBOL") !=

<think>嗯，用户问的是如何用Java编写一个支持C_minus语言的词法分析器，需要包含关键字、标识符、数字和特殊符号的解析逻辑。首先，我得回想一下词法分析的基本原理。词法分析器的主要任务是将输入的字符流转换为有意义的标记（Token），每个Token对应一个词法单元，比如关键字、标识符、运算符等等[^2]。 接下来，我需要考虑C_minus语言的具体要求。根据用户提供的引用，Tiny语言的记号分为保留字、特殊符号和其他如数和标识符[^1]。C_minus应该类似，可能需要先确定它的关键字列表，比如int、if、else等，还有特殊符号如=、+、-、*、/、==、!=等。然后需要处理数字（整数和可能的浮点数）以及标识符（以字母开头，包含字母、数字或下划线）。 然后，设计状态转移图。通常，词法分析器使用确定有限自动机（DFA）来识别不同的Token类型。比如，初始状态根据第一个字符判断是字母（进入标识符或关键字识别）、数字（进入数字识别）还是特殊符号（进入符号识别）。每个状态转移对应不同的处理逻辑。 在Java实现方面，可能需要一个Lexer类，包含读取字符、跳过空白、生成Token的方法。逐个读取字符，根据当前字符决定进入哪种解析模式。例如，当遇到字母时，继续读取直到非字母/数字/下划线，然后判断是否是关键字；遇到数字则读取整个数字；遇到符号如=，则检查下一个字符是否是=，以确定是==还是=。 还需要处理错误情况，比如无法识别的字符，这时候可能需要抛出异常或记录错误。另外，Token类需要包含类型和值，比如类型可以是KEYWORD、IDENTIFIER、NUMBER、OPERATOR等，值则是具体的字符串或数值。 代码结构方面，可能包括： 1. TokenType枚举，列出所有可能的类型。 2. Token类，包含类型和值。 3. Lexer类，负责读取输入字符串并生成Token序列。 4. 处理不同Token类型的方法，如parseIdentifierOrKeyword处理字母开头的Token，parseNumber处理数字，parseOperator处理符号。 测试方面，需要确保各种情况都能正确识别，比如边界情况、复合运算符（如==、!=）、关键字与标识符的区分等。 可能遇到的问题包括处理多字符符号时的回退问题，比如当读取完=后发现下一个字符不是=，此时需要回退一个字符，只生成=的Token。此外，处理注释或字符串字面量的话可能需要扩展DFA，但根据用户的问题，可能暂时不需要支持这些。 最后，根据用户提供的引用，词法分析器是编译器的第一阶段，后续还有语法分析等步骤，但用户目前只关注词法分析部分，所以代码不需要涉及后续阶段。需要确保生成的Token序列准确，符合C_minus的语法规则。</think># C_minus词法分析器设计与实现 ## 一、基本原理 词法分析器作为编译器前端核心组件，负责将源代码转换为Token序列。C_minus语言需要识别的元素包括： - **8个保留字**：`if`, `else`, `int`, `return`, `void`, `while`, `input`, `output` - **特殊符号**：`+`, `-`, `*`, `/`, `=`, `==`, `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`, `(`, `)`, `[`, `]`, `{`, `}`, `;`, `,` - **数值常量**：整数（如`123`） - **标识符**：字母开头，包含字母/数字/下划线（如`var_1`） ## 二、核心算法 使用确定有限自动机（DFA）实现状态转换： $$ \begin{cases} 0 \xrightarrow{[a-zA-Z]} 1 \\ 0 \xrightarrow{[0-9]} 2 \\ 0 \xrightarrow{[\+\-*/=!<>]} 3 \\ 1 \xrightarrow{[a-zA-Z0-9\_]} 1 \\ 2 \xrightarrow{[0-9]} 2 \\ 3 \xrightarrow{=} 4 \end{cases} $$ 其中状态1生成标识符/关键字，状态2生成数字，状态3-4处理运算符 ## 三、Java实现代码 ```java enum TokenType { KEYWORD, IDENTIFIER, NUMBER, OPERATOR, EOF } class Token { TokenType type; String value; // 构造函数、toString()方法等 } public class Lexer { private String input; private int pos = 0; private static final Set<String> KEYWORDS = Set.of("if", "else", "int", "return", "void", "while", "input", "output"); public Lexer(String input) { this.input = input + "\0"; } private char peek() { return input.charAt(pos); } private void skipWhitespace() { while (Character.isWhitespace(peek())) pos++; } public Token nextToken() { skipWhitespace(); if (pos >= input.length()-1) return new Token(TokenType.EOF, ""); char ch = peek(); if (Character.isLetter(ch)) return parseIdentifier(); if (Character.isDigit(ch)) return parseNumber(); return parseOperator(); } private Token parseIdentifier() { int start = pos; while (Character.isLetterOrDigit(peek()) || peek() == '_') pos++; String value = input.substring(start, pos); return new Token(KEYWORDS.contains(value) ? TokenType.KEYWORD : TokenType.IDENTIFIER, value); } private Token parseNumber() { int start = pos; while (Character.isDigit(peek())) pos++; return new Token(TokenType.NUMBER, input.substring(start, pos)); } private Token parseOperator() { char first = peek(); pos++; if ("=!<>".indexOf(first) != -1 && peek() == '=') { pos++; return new Token(TokenType.OPERATOR, first + "="); } return new Token(TokenType.OPERATOR, String.valueOf(first)); } } ``` ## 四、实验要点 1. **DFA状态管理**：通过`peek()`和`pos`指针实现状态转换 2. **最长匹配原则**：遇到`==`时优先匹配双字符运算符 3. **错误处理**：遇到非法字符时抛出异常 4. **性能优化**：使用预定义的Keywords集合提升识别效率