自制编译器学习3:Flex和Bison简介Flex和Bison安装第一个Flex程序 flex和bison协同工作语法分析器联合编译flex和bison程序

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我是靠谱客的博主可爱悟空，最近开发中收集的这篇文章主要介绍自制编译器学习3:Flex和Bison简介Flex和Bison安装第一个Flex程序 flex和bison协同工作语法分析器联合编译flex和bison程序，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

Flex和Bison安装

Ubuntu环境下直接安装即可：

apt-get install flex bison

第一个Flex程序

首先给出代码（fb1-1.l）：

/* Companion source code for "flex & bison", published by O'Reilly
 * Media, ISBN 978-0-596-15597-1
 * Copyright (c) 2009, Taughannock Networks. All rights reserved.
 * See the README file for license conditions and contact info.
 * $Header: /home/johnl/flnb/code/RCS/fb1-1.l,v 2.1 2009/11/08 02:53:18 johnl Exp $
 */

/* fb1-1 just like unix wc */
%{
int chars = 0;
int words = 0;
int lines = 0;
%}

%%

[a-zA-Z]+	{ words++; chars += strlen(yytext); }
n		{ chars++; lines++; }
.		{ chars++; }

%%

main()
{
  yylex();
  printf("%8d%8d%8dn", lines, words, chars);
}

flex程序分为3部分，每一部分通过符号%%来分割，第一部分包含声明和选项设置，第二部分是一系列的模式和动作，第三部分是会被拷贝到词法生成器里面的C代码。

第一部分，%{%}之间的代码会被照抄到生成C文件的头部，可以看到在这个实例中只是定义了3个整型变量。

第二部分，每一个模式匹配位于一行的开始，接着是匹配时要执行的的C代码，C代码为{}之间的一行或者多行代码。[a-zA-Z]+用来匹配一个单词，大括号内表示可以匹配任意大小写字母，+表示匹配一个或多个前面的字符，即一串字母或者一个单词，flex中，yytext总是被指定为本次匹配的输入文本，.表示匹配任意一个字符。

第三部分，主程序，调用flex的词法分析例程，并输出结果。

执行flex

flex -o fb1-1.c fb1-1.l

将词法生成器翻译成c程序，c文件为：fb1-1.c

使用gcc编译生成可执行文件：

gcc fb1-1.c -lfl -o fb1-1

注意编译时需要链接库（-lfl），执行该程序，输入3个字符串后按ctrl+d退出，输出结果如下：

flex和bison协同工作

来看第二段代码：

/* Companion source code for "flex & bison", published by O'Reilly
 * Media, ISBN 978-0-596-15597-1
 * Copyright (c) 2009, Taughannock Networks. All rights reserved.
 * See the README file for license conditions and contact info.
 * $Header: /home/johnl/flnb/code/RCS/fb1-3.l,v 2.1 2009/11/08 02:53:18 johnl Exp $
 */

/* recognize tokens for the calculator and print them out */

%%
"+"	{ printf("PLUSn"); }
"-"	{ printf("MINUSn"); }
"*"	{ printf("TIMESn"); }
"/"	{ printf("DIVIDEn"); }
"|"     { printf("ABSn"); }
[0-9]+	{ printf("NUMBER %sn", yytext); }
n      { printf("NEWLINEn"); }
[ t] { }
.	{ printf("Mystery character %sn", yytext); }
%%

这里只给出了模式匹配，flex的lfl库提供了极小的主程序来调用词法分析器，这里已经足够，词法分析器的生成和编译与之前相同，生成可执行词法分析程序，执行后输入12+34和13/34做词法分析，执行结果如下：

考虑一个更完成的计算器词分析器：

/* Companion source code for "flex & bison", published by O'Reilly
 * Media, ISBN 978-0-596-15597-1
 * Copyright (c) 2009, Taughannock Networks. All rights reserved.
 * See the README file for license conditions and contact info.
 * $Header: /home/johnl/flnb/code/RCS/fb1-4.l,v 2.1 2009/11/08 02:53:18 johnl Exp $
 */

/* recognize tokens for the calculator and print them out */

%{
   enum yytokentype {
     NUMBER = 258,
     ADD = 259,
     SUB = 260,
     MUL = 261,
     DIV = 262,
     ABS = 263,
     EOL = 264 /* end of line */
   };

   int yylval;

%}

%%
"+"	{ return ADD; }
"-"	{ return SUB; }
"*"	{ return MUL; }
"/"	{ return DIV; }
"|"     { return ABS; }
[0-9]+	{ yylval = atoi(yytext); return NUMBER; }
n      { return EOL; }
[ t]   { /* ignore white space */ }
.	{ printf("Mystery character %cn", *yytext); }
%%
main()
{
  int tok;

  while(tok = yylex()) {
    printf("%d", tok);
    if(tok == NUMBER) printf(" = %dn", yylval);
    else printf("n");
  }
}

输出结果如下：

我们来分析下代码，flex做词分析返回记号流时，每个记号由记号编号（token number）和记号值(token's value)组成，其中记号编号为一个小的整数，bison自动从258开始编号，并且创建一个编号定义的.h文件，这里为了方便理解通过enum进行了手工定义。主程序调用yylex()返回记号值，对于NUMBER转换为int。

语法分析器

下面基于flex和bison来设计一个基本的语法分析器，bison遵循BNF(BackusNaur Form)语法，

在BNF里，::=(:)是被定义为的意思，|表示其左右两边任选一项，左边的名称是语法符号（symbol），有效的BNF是具有递归性的，例如处理 1×5+2×3这种简单的算术表达式：

<exp> ::= <factor>
    | <exp> + <factor>
<factor> ::= NUMBER
    | <factor> * NUMBER

exp被定义为一个factor 或者 factor + exp，而facotr被定义为NUMBER或者factor×NUMBER，每个规则最左边是非终结符，冒号右边是非终结符的推导规则，如果推导规则是多个那么通过|隔开。

我们给出bison代码的示例（fb1-5.y）：

/* Companion source code for "flex & bison", published by O'Reilly
 * Media, ISBN 978-0-596-15597-1
 * Copyright (c) 2009, Taughannock Networks. All rights reserved.
 * See the README file for license conditions and contact info.
 * $Header: /home/johnl/flnb/code/RCS/fb1-5.y,v 2.1 2009/11/08 02:53:18 johnl Exp $
 */

/* simplest version of calculator */

%{
#  include <stdio.h>
%}

/* declare tokens */
%token NUMBER
%token ADD SUB MUL DIV ABS
%token OP CP
%token EOL

%%

calclist: /* nothing 空规则 从输入开头开始匹配*/  
 | calclist exp EOL { printf("= %dn> ", $2); } /*EOL代表一个表达式的结束*/
 | calclist EOL { printf("> "); } /* blank line or a comment */
 ;

exp: factor
 | exp ADD exp { $$ = $1 + $3; }
 | exp SUB factor { $$ = $1 - $3; }
 | exp ABS factor { $$ = $1 | $3; }
 ;

factor: term
 | factor MUL term { $$ = $1 * $3; }
 | factor DIV term { $$ = $1 / $3; }
 ;

term: NUMBER
 | ABS term { $$ = $2 >= 0? $2 : - $2; }
 | OP exp CP { $$ = $2; }
 ;
%%
main()
{
  printf("> "); 
  yyparse();
}

yyerror(char *s)
{
  fprintf(stderr, "error: %sn", s);
}

bison程序同样包含三部分：声明部分，规则匹配部分和C代码部分。

声明部分同样是用%{%}包括且要原样拷贝到C代码，随后%token记号声明，便于告诉bison在语法分析程序中记号的名称，记号通常总是大写，未声明为记号的语法符号必须出现在至少一条规则的左边。

规则部分通过简单的BNF定义规则，bison使用单一的冒号而不是::=，同时由于行间隔并不明显，用分号来表示规则的结束，C的动作代码在每条规则之后用花括号括起来。

我们来详细看下匹配规则，第一个语法符号calclist，第一个匹配是空值，第二个是表达式（exp）+结束符（EOL），第三个是只有结束符的情况。

接下来的语法符号是term->factor->exp，匹配规则：

term: NUMBER 或者绝对值的 term或者加括号的 exp;

factor: term 或者 factor和term的乘法（左递归）或者factor和term（左递归）的除法或者绝对值;

exp: factor 或者 exp和exp的加法或者 exp和factor的乘法（左递归）或者 exp和factor（左递归）的除法。

显然是由小到大组成的（并不是绝对的，term也会匹配exp），并且优先级越高的越靠前，由于BNF语法具有递归性，这样的顺序可以保证运算优先级的正确性。

目标符号（冒号左边的语法符号）的值在动作代码中用$$代替，右边语法符号的语义值依次为$1 $2 $3 ......。当词法分析器返回记号时，记号值总是存储在yyval中。

联合编译flex和bison程序

flex代码（fb1-5.l）如下：

/* Companion source code for "flex & bison", published by O'Reilly
 * Media, ISBN 978-0-596-15597-1
 * Copyright (c) 2009, Taughannock Networks. All rights reserved.
 * See the README file for license conditions and contact info.
 * $Header: /home/johnl/flnb/code/RCS/fb1-5.l,v 2.1 2009/11/08 02:53:18 johnl Exp $
 */

/* recognize tokens for the calculator and print them out */

%{
# include "fb1-5.tab.h"
%}

%%
"+"	{ return ADD; }
"-"	{ return SUB; }
"*"	{ return MUL; }
"/"	{ return DIV; }
"|"     { return ABS; }
"("     { return OP; }
")"     { return CP; }
[0-9]+	{ yylval = atoi(yytext); return NUMBER; }

n      { return EOL; }
"//".*  
[ t]   { /* ignore white space */ }
.	{ yyerror("Mystery character %cn", *yytext); }
%%

我们专门写一个Makefile文件：

fb1-5:	fb1-5.l fb1-5.y
	bison -d fb1-5.y
	flex -o fb1-5.c fb1-5.l
	gcc -o $@ fb1-5.tab.c fb1-5.c -lfl

clean:
	rm -f fb1-5 
	fb1-5.c fb1-5.tab.c fb1-5.tab.h

执行