词法分析详解：从正规式到有限自动机

"本章小结-词法分析实例文档" 在编程语言的编译或解释过程中，词法分析是一个至关重要的步骤。词法分析，也称为扫描或词法生成，是编译器的第一个阶段，它负责将源代码文本转换为有意义的结构，即单词符号。这一过程的主要目标是识别源程序中的各个组成单元，如关键字、标识符、常量、运算符和界符，并将它们转化为内部表示，以便后续的语法分析阶段能够理解和处理。 本章详细探讨了词法分析的各个方面，包括： 1. **词法分析的任务**：词法分析器从源代码中读取字符流，按照预定的词法规则识别出单词符号。这些单词符号是源代码中具有独立意义的最小语法单位，例如关键字、标识符、常数、运算符和界符。词法分析器还负责处理一些预处理工作，如忽略空格、注释和换行符。 2. **正则文法与状态转换图**：正则文法是描述单词符号模式的一种形式化方法，而状态转换图，即有限状态自动机（FSA），是一种用于识别这些模式的计算模型。通过这些工具，词法分析器可以识别并区分不同的单词符号。 3. **正规式和正规集**：正规式是描述正规集的简明符号表示，用于构建词法分析器的规则库。正规集是一组字符串的集合，这些字符串满足特定的构造规则。 4. **有限自动机**：在词法分析中，非确定性有限自动机（NFA）和确定性有限自动机（DFA）被用来识别正规集。自动机通过一系列状态转换来匹配输入字符，从而确定单词符号。 5. **扫描器生成**：为了简化词法分析器的实现，可以使用词法分析程序自动生成工具，如LEX或Flex，这些工具能根据给定的正规式自动创建高效的词法分析代码。 词法分析程序的输出是一个等价的单词符号序列，这些符号通常以定长的内部表示形式呈现，便于语法分析阶段处理。每个单词符号包含两类信息：单词类别（用整数编码表示）和单词值（如常数值或标识符的引用）。例如，标识符的内部表示可能是一个指向符号表中相应条目的指针，以存储额外的属性信息。 词法分析是编译过程中的基础环节，为源代码的解析和翻译提供了必要的结构化输入，是理解编程语言结构的关键步骤。