HNU-编译原理-实验1-利用FLEX构造C-Minus-f词法分析器

编译原理实验1
利用FLEX构造C-Minus-f词法分析器

计科210X 甘晴void 202108010XXX
在这里插入图片描述

实验要求

详细的实验项目文档为 https://gitee.com/coderwym/cminus_compiler-2023-fall/tree/master/Documentations/lab1

学习和掌握词法分析程序的逻辑原理与构造方法。通过 FLEX 进行实践， 构造 C-Minus-f 词法分析器。具体完成过程如下：

  1. 学习 C-Minus-f 的词法规则
  2. 学习 FLEX 工具使用方法
  3. 使用 FLEX 生成 C-Minus-f 的词法分析器， 并进行验证

根据掌握的 C-Minus-f 的词法规则与 FLEX 工具使用⽅法, 补全lexical_analyer.l⽂件。要求实现功能：能够输出识别的token,type,line（token所在行号）,pos_start（token开始位置）,pos_end（token结束位置，不包含该位置，即结束位置的后一个位置）

示例如下：

输入：（注意int前面有一个空格）

 int a;

则识别结果应为：

int     280     1       2       5
a       285     1       6       7
;       270     1       7       8

实验难点

（1）实验环境配置

很折磨人，在附录Ⅰ里给出

（2）理解C-Minus-f 的词法规则

C MINUS是C语言的一个子集，cminus-f在C MINUS上追加了浮点操作。简单来说就是一个微缩版的C语言，供编译原理学习研究。

相关规则如下：

1.关键字

else if int return void while float

2.专用符号

+ - * / < <= > >= == != = ; , ( ) [ ] { } /* */

3.标识符ID和整数NUM通过下列政策表达式定义

letter = a|...|z|A|...|Z
digit = 0|...|9
ID = letter+
INTEGER = digit+
FLOAT = (digit+. | digit*.digit+)

4.注释用/*...*/表示，可以超过一行。注释不能嵌套。

/*...*/

注意：[,]和[]是三个不同的最小单位，其中[]用于声明数组类型，且[]中间不能有空格，否则就该被识别为别的。

（3）使用FLEX

①FLEX简单介绍

FLEX是一个生成词法分析器的工具。利用FLEX，我们只需提供词法的正则表达式，就可自动生成对应的C代码。整个流程如下图：

在这里插入图片描述

第一行是我们需要完成的，二三行在之前的计算机系统学科又涉及到，这里不再赘述。

使用不再赘述，在后面实操环节直接给出。

②Lex源程序

研究lexical_analyzer.l文件，可以总结出如下：

声明部分:
头文件引入，变量的定义和声明	
//这一部分会直接复制到lex.yy.c的开头。
%%
转换规则:
形式为：模式{动作}，模式为正则表达式，动作则是代码片段
.{}可以处理其他出现的字符
//这一部分经过FLEX编译器转换为对应的C代码。
%%
辅助函数:
各个动作需要的辅助函数。
//这一部分由用户自定义，会直接复制到lex.yy.c末尾。

本实验主要是需要完成转换规则部分，给出cminux-f中词法单元的正则表达式和动作。此外，在辅助函数里还有三句需要补全。

③转换规则（flex的模式与动作）

对于运算、符号、关键字、ID和NUM这四类词法单元（token），在识别后要给出它的5个信息。

  • token：这个就是词法单元本身
  • type：由于在cminus_token_type表中定义了它们的编号，只要返回类型名就可以
  • line（token所在行号）：行数的处理在辅助函数中进行（lines++即可）
  • pos_start（token开始位置）：上一个pos_end的位置
  • pos_end（token结束位置）：pos_start加上词素长度

总结模式如下：

RE {pos_start=pos_end;pos_end=pos_start+strlen(yytext);return token}

在“转换规则”中，只需要将所有待处理token按照这个模式进行书写就可以。

对于确定长度的token，可以从直接操作，不需再调用len。

④FLEX语法
Ⅰ 了解一些FLEX常用的正则表达
. 匹配任意字符，除了 \n。
- 用来指定范围。例如：A-Z 指从A 到 Z 之间的所有字符。
[ ] 一个字符集合。匹配括号内的 任意字符。如果第一个字符是 ^ 那么它表示否定模式。例如: [abC] 匹配 a, b, 和 C中的任何一个。 
* 匹配 0个或者多个上述的模式。 
+ 匹配 1个或者多个上述模式。 
? 匹配 0个或1个上述模式。 
$ 作为模式的最后一个字符匹配一行的结尾。
{ } 指出一个模式可能出现的次数。 例如: A{1,3} 表示 A 可能出现1次或3次。
\ 用来转义元字符。同样用来覆盖字符在此表中定义的特殊意义，只取字符的本意。
^ 否定。
| 表达式间的逻辑或。
"<一些符号>" 字符的字面含义。元字符具有。
Ⅱ 了解一些FLEX常用的全局变量（无需在.l文件中定义，可直接使用）
FILE *yyin/*yyout        Lex中本身已定义的输入和输出文件指针。这两变量指明了flex生成的词法分析器从哪里获得输入和输出到哪里。默认指向标准输入和标准输出。char *yytext         指向当前是别的词法单元的指针。int   yyleng         当前词法单元的长度。yylineno             提供当前的行数信息ECHO                 lex中预定义的宏，相当于fprintf(yyout, "%s", yytext) , 即输出当前匹配的词法单元。

实际上我们用lines模拟了这里的yyleng

Ⅲ 了解一些FLEX常用的全局函数
FILE *yyin/*yyout        Lex中本身已定义的输入和输出文件指针。这两变量指明了flex生成的词法分析器从哪里获得输入和输出到哪里。默认指向标准输入和标准输出。char *yytext         指向当前是别的词法单元的指针。int   yyleng         当前词法单元的长度。yylineno             提供当前的行数信息ECHO                 lex中预定义的宏，相当于fprintf(yyout, "%s", yytext) , 即输出当前匹配的词法单元。

以上这些FLEX中常用的全区变量和全局函数在代码中会涉及到，适当使用可以提高效率。可以通过查FLEX手册得到。

⑤注释

这是比较难理解的一个部分。

一开始的想法是这个

\/\*\/*([^*/]*|(\*)*[^/]|[^*]\/)*\*\/

好像也可以。

最后采用的是这个方法

\/\*[^*]*\*+([^/*][^*]*\*+)*\/

在线验证正则表达式的正确性

https://c.runoob.com/front-end/854/

截图如下：

在这里插入图片描述

实验设计

（1）根据需要识别的token完成转换规则

需要识别的token定义在lexical_analyzer.h中，如下：

typedef enum cminus_token_type {//运算ADD = 259,SUB = 260,MUL = 261,DIV = 262,LT = 263,LTE = 264,GT = 265,GTE = 266,EQ = 267,NEQ = 268,ASSIN = 269,//符号SEMICOLON = 270,COMMA = 271,LPARENTHESE = 272,RPARENTHESE = 273,LBRACKET = 274,RBRACKET = 275,LBRACE = 276,RBRACE = 277,//关键字ELSE = 278,IF = 279,INT = 280,FLOAT = 281,RETURN = 282,VOID = 283,WHILE = 284,//ID和NUMIDENTIFIER = 285,INTEGER = 286,FLOATPOINT = 287,ARRAY = 288,LETTER = 289,//othersEOL = 290,COMMENT = 291,BLANK = 292,ERROR = 258
} Token;

根据这里的每一个token，按照“难点”中的模式给出它们各自对应的转换规则如下

 /* 运算 */
\+   {pos_start = pos_end; pos_end++; return ADD;}
\-   {pos_start = pos_end; pos_end++; return SUB;}
\*   {pos_start = pos_end; pos_end++; return MUL;}
\/   {pos_start = pos_end; pos_end++; return DIV;}
\<   {pos_start = pos_end; pos_end++; return LT;}
"<=" {pos_start = pos_end; pos_end+=2; return LTE;}
\>   {pos_start = pos_end; pos_end++; return GT;}
">=" {pos_start = pos_end; pos_end+=2; return GTE;}
"==" {pos_start = pos_end; pos_end+=2; return EQ;}
"!=" {pos_start = pos_end; pos_end+=2; return NEQ;}
\=   {pos_start = pos_end; pos_end++; return ASSIN;}/* 符号 */
\;   {pos_start = pos_end; pos_end++; return SEMICOLON;}
\,   {pos_start = pos_end; pos_end++; return COMMA;}
\(  {pos_start = pos_end; pos_end++; return LPARENTHESE;}
\)  {pos_start = pos_end; pos_end++; return RPARENTHESE;}
\[  {pos_start = pos_end; pos_end++; return LBRACKET;}
\]  {pos_start = pos_end; pos_end++; return RBRACKET;}
\{  {pos_start = pos_end; pos_end++; return LBRACE;}
\}  {pos_start = pos_end; pos_end++; return RBRACE;}/* 关键字 */
else {pos_start = pos_end; pos_end+=4; return ELSE;}
if   {pos_start = pos_end; pos_end+=2; return IF;}
int  {pos_start = pos_end; pos_end+=3; return INT;}
float {pos_start = pos_end; pos_end+=5; return FLOAT;}
return {pos_start = pos_end; pos_end+=6; return RETURN;}
void   {pos_start = pos_end; pos_end+=4; return VOID;}
while  {pos_start = pos_end; pos_end+=5; return WHILE;}/* ID & NUM */
[a-zA-Z]+ {pos_start = pos_end; pos_end+=yyleng; return IDENTIFIER;}
[0-9]+    {pos_start = pos_end; pos_end+=yyleng; return INTEGER;}
[0-9]+\.|[0-9]*\.[0-9]+ {pos_start = pos_end; pos_end+=yyleng; return FLOATPOINT;}
"[]" {pos_start = pos_end; pos_end+=2; return ARRAY;}
[a-zA-Z]  {pos_start = pos_end; pos_end++; return LETTER;}/* others */
\n  {return EOL;}
\/\*[^*]*\*+([^/*][^*]*\*+)*\/  {return COMMENT;}
" " {pos_start = pos_end; pos_end+=yyleng; return BLANK;}
\t  {pos_start = pos_end; pos_end+=yyleng; return BLANK;}
. {return ERROR;}

（2）补全辅助函数

换行需要lines自增1，然后将pos_end换为1。

注释只需要考虑换行和根进目前处理的位置即可。

代码如下：

case COMMENT:/*STUDENT TO DO*/for (int i=0;i<yyleng;i++){if (yytext[i]=='\n'){   /*换行操作*/lines++;pos_end=1;}else pos_end++;}break;case BLANK:/*STUDENT TO DO*/break;case EOL:/*STUDENT TO DO*/lines++;pos_end=1;break;

实验结果验证

（1）编译

# 进入workspace
$ cd cminus_compiler-2023-fall# 创建build文件夹，配置编译环境
$ mkdir build 
$ cd build 
$ cmake ../# 开始编译
# 如果你只需要编译lab 1，请使用 make lexer
$ make

配置编译环境截图如下：

在这里插入图片描述

开始编译截图如下：

在这里插入图片描述

（2）运行

直接使用python文件对所有的.cminus文件进行分析

python3 ./tests/lab1/test_lexer.py

截图如下：

在这里插入图片描述

由于中间没有出错，故中间无多余的输出，一个[START]对应一个[END]，表示中间分析过程没有出问题。

（3）验证

使用diff工具可以比对我们的结果与标准结果。

diff ./tests/lab1/token ./tests/lab1/TA_token

如果没有输出，则表示两个对比之后完全一致，也就是结果正确。

截图如下：

在这里插入图片描述

关于diff还有更多的用法，如：

diff -y #可以并列显示，进行对照
diff -w #可以忽略空格进行比较

这些都很好用。

（4）自定义样例测试

注意到助教给定的样例未包括对注释部分的更多测试，故这里我主要给出关于注释的测试。

使用如下方法新建文件并测试。

touch my.cminus
nano my.cminus
写入要测试的文件
按照如上方式进行测试
nano my.token
查看测试

待测试代码如下。

/* *** */int main(){int a = 5;int b[];int c[9];float d = .33;/*** COMMENT1 /***/while(a) {a = a-1;d = d+1.5;}a = a + func()/*** /*COMMENT2 //***/d = d+7.;d = d+6.0;return 1;
}

测试结果如下，经肉眼核对正确。

int	280	3	1	4
main	285	3	5	9
(	272	3	9	10
)	273	3	10	11
{	276	3	11	12
int	280	4	5	8
a	285	4	9	10
=	269	4	11	12
5	286	4	13	14
;	270	4	14	15
int	280	4	15	18
b	285	4	19	20
[]	288	4	20	22
;	270	4	22	23
int	280	4	23	26
c	285	4	27	28
[	274	4	28	29
9	286	4	29	30
]	275	4	30	31
;	270	4	31	32
float	281	5	5	10
d	285	5	11	12
=	269	5	13	14
.33	287	5	15	18
;	270	5	18	19
while	284	8	5	10
(	272	8	10	11
a	285	8	11	12
)	273	8	12	13
{	276	8	14	15
a	285	9	9	10
=	269	9	11	12
a	285	9	13	14
-	260	9	14	15
1	286	9	15	16
;	270	9	16	17
d	285	10	9	10
=	269	10	11	12
d	285	10	13	14
+	259	10	14	15
1.5	287	10	15	18
;	270	10	18	19
}	277	11	5	6
a	285	12	5	6
=	269	12	7	8
a	285	12	9	10
+	259	12	11	12
func	285	12	13	17
(	272	12	17	18
)	273	12	18	19
d	285	15	5	6
=	269	15	7	8
d	285	15	9	10
+	259	15	10	11
7.	287	15	11	13
;	270	15	13	14
d	285	16	5	6
=	269	16	7	8
d	285	16	9	10
+	259	16	10	11
6.0	287	16	11	14
;	270	16	14	15
return	282	17	5	11
1	286	17	12	13
;	270	17	13	14
}	277	18	1	2

实验反馈

（1）了解gitee并做完成规定的操作花了一些时间，但这个跟github总体还是很相似的，之前有一点涉猎，了解起来也会轻松一些。

（2）配置环境花费了很多时间，之前使用的Linux虚拟机VituralBox，这学期重装之后没法开共享文件夹了，也是有很多bug没有解决，索性这次直接使用新的了，参照WSL的教程（前面有说明）配置了基于Win10的Linux ubuntu 20.04，然后一路上解决了一些bug

（3）关于实验内容，其实还是比较好理解的，就是一个非常简化的C语言，进行词法分析，输出词法分析信息以及5个感兴趣的参数，这些其实都比较简单，唯一有点难度的就是注释的实现（这个在前面有说明），实现还是比较顺利的。

（4）最最最折磨人的就是遇到的这个问题（在附录Ⅱ里给出），由于我使用windows进行git clone，再将这个文件整体迁移到Win10下的WLS内，实际上它已经经过windows操作系统的存储了，存储时对于换行的处理是\r\n，而Linux实际上是没有\r的，其对于换行的描述只有\n。这就导致经过windows存储过的文件会多一个\r。这下进行词法分析的时候就要对这个多出来的\r进行处理，否则就会在运行词法分析时报错。如果仅仅是进行处理还没有结束，在token结果输出的时候，此时是在Linux下输出的，每行的结果实际上是只有\n没有\r，而参考的助教答案因为经过了windows操作系统，它保存的换行可都是\r\n。这下使用diff的结果可壮观了，每一行都是有问题的，但是打开文件细看，每一行都一模一样。因为这个隐藏的\r，导致这个真的很难看出来的问题。

这个问题耗费了我一整个晚上，直到我使用diff -w忽略空格时发现不报错了，联想到这方面可能存在问题，然后经过杨jh同学提醒可能是Linux和Win10对于文本的存储和换行的处理存在不同的地方。

之后在袁jh同学的建议下，直接使用Linux连接gitee进行git clone，将文件绕开windows直接存储到Linux下，这次测试就一切正常了。

这真是一个折磨人的问题，又掉了好多头发。

附录Ⅰ 实验环境配置

https://blog.csdn.net/weixin_42705114/article/details/131106845

环境配置参照的所有可选项在这个文档下：

https://gitee.com/coderwym/cminus_compiler-2023-fall/blob/master/Documentations/environments.md

这里使用的是Win10的WSL，WSL2的参考文档在这里：（科学访问）

https://iceyblacktea.vercel.app/blog/install-wsl2

安装后使用命令行时出现问题

The attempted operation is not supported for the type of object referenced. Press any key to continue...

解决方法，下载NoLSP.exe并使用这个进行修复。

报错：

root@LAPTOP-S8GDLRKI:/mnt/e/CP-exam/cminus_compiler-2023-fall/build# cmake ../
-- The C compiler identification is GNU 9.4.0
-- The CXX compiler identification is unknown
-- Check for working C compiler: /usr/bin/cc
-- Check for working C compiler: /usr/bin/cc -- works
-- Detecting C compiler ABI info
-- Detecting C compiler ABI info - done
-- Detecting C compile features
-- Detecting C compile features - done
CMake Error at CMakeLists.txt:1 (project):No CMAKE_CXX_COMPILER could be found.Tell CMake where to find the compiler by setting either the environmentvariable "CXX" or the CMake cache entry CMAKE_CXX_COMPILER to the full pathto the compiler, or to the compiler name if it is in the PATH.-- Configuring incomplete, errors occurred!
See also "/mnt/e/CP-exam/cminus_compiler-2023-fall/build/CMakeFiles/CMakeOutput.log".
See also "/mnt/e/CP-exam/cminus_compiler-2023-fall/build/CMakeFiles/CMakeError.log".

原因：没有配置环境

sudo apt-get install build-essential

报错如下：

root@LAPTOP-S8GDLRKI:/mnt/e/CP-exam/cminus_compiler-2023-fall/build# sudo apt-get install build essential
Reading package lists... Done
Building dependency tree
Reading state information... Done
E: Unable to locate package build
E: Unable to locate package essential

分别检查gcc和g++

gcc --version
g++ --version

发现没装g++哈哈哈哈

使用如下一键搞定

sudo apt-get install build-essential

现在成功了

附录Ⅱ 由win与Linux文本存储区别引发的问题

★遇到问题如下：

现有2份代码，标记为X,Y。X是我的，Y是舍友的，两份差异较大。

2个环境：环境A是我的，Windows10下使用WSL配置Linux ubuntu20.04环境

环境B是舍友的，Linux系统（均为最新版本，非虚拟机）

出现情况如下：

代码X,Y在环境B下均正常运行并给出结果，经diff与标准代码比对完全一致。

代码X,Y在环境A下均无法正常运行，报错如下：（以6为范例）

[START]: Read from: ./tests/lab1/testcase/6.cminusat 3 line, from 17 to 18eat 4 line, from 1 to 2izeat 5 line, from 17 to 18eat 6 line, from 1 to 2izeat 7 line, from 32 to 33eat 8 line, from 1 to 2izeat 11 line, from 28 to 29at 12 line, from 1 to 2zeat 13 line, from 21 to 22at 14 line, from 1 to 2zeat 15 line, from 23 to 24at 16 line, from 1 to 2ze
[END]: Analysis completed.

其tokens如下（节选6部分作为范例）

[ERR]: unable to analysize at 3 line, from 17 to 18	258	3	17	18
[ERR]: unable to analysize at 4 line, from 1 to 2	258	4	1	2
void	283	5	1	5
main	285	5	6	10
(	272	5	10	11
void	283	5	11	15
)	273	5	15	16
{	276	5	16	17
[ERR]: unable to analysize at 5 line, from 17 to 18	258	5	17	18
[ERR]: unable to analysize at 6 line, from 1 to 2	258	6	1	2
int	280	7	5	8
x	285	7	9	10
;	270	7	10	11
int	280	7	12	15
y	285	7	16	17
;	270	7	17	18
int	280	7	19	22
RESltado	285	7	23	31
;	270	7	31	32
[ERR]: unable to analysize at 7 line, from 32 to 33	258	7	32	33
[ERR]: unable to analysize at 8 line, from 1 to 2	258	8	1	2
x	285	9	5	6
=	269	9	7	8

它无法读取每一行的最后一个（这个是不存在的）

推测是Linux与windows文件系统对于换行使用的\r\n不一致

改变代码，考虑\r的情况，并将\r作为空格读取处理，返回BLANK。

代码X,Y均可成功处理，不再报上述错误。

但是，但是经diff比对，显示每一行都不一致，

若使用

diff -w

取消空格比对，则完全一致。

解决方法：

直接使用Linux连接gitee进行git clone，将文件绕开windows直接存储到Linux下，这次测试就一切正常。

附录Ⅲ 参考文献

https://blog.csdn.net/Coral__/article/details/128458671

https://blog.csdn.net/Aaron503/article/details/128324923

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python之粘包/粘包的解决方案 什么是粘包 粘包就是在数据传输过程中有多个数据包被粘连在一起被发送或接受 服务端&#xff1a; import socket import struct# 创建Socket Socket socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)# 绑定服务器和端口号 servers_addr (…
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Ubuntu 22.04系统pycharm以及annaconda的安装配置笔记以及问题集锦 pycharm安装 安装完之后桌面上并没有生成图标 后面每次启动pycharm都要到它的安装路径下的bin文件夹下&#xff0c; cd Downloads/pycharm-2018.1.4/bin然后使用sh命令启动脚本程序来打开pycharm sh pycha…
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提示&#xff1a;文章写完后&#xff0c;目录可以自动生成&#xff0c;如何生成可参考右边的帮助文档 文章目录 前言 shell命令以及运行原理 Linux权限的概念 Linux权限管理 一、什么是权限&#xff1f; 二、权限的本质 三、Linux中的用户 四、linux中文件的权限 4.1、文件访问…
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