LEX&&YACC--编译界的神

最近研究lex&&yacc,记录并总结一些重要的概念和解释。
lex&&yacc是gnu开源的全文解析工具，lex用于词法解析，yacc用于语法解析。lex一般也称为token scanner/lexer，yacc称为parser generator(语法解析器生成器)。
lex&&yacc这两个工具已经很老了，现代版本的工具为flex&&bison。两个工具可以结合使用，也可以只使用bison。

基本原理

lex词法解析，使用正则表达式进行匹配，你可以写入正则表达式到lex文本中。
yacc语法解析，学过编译原理的人可能比较熟悉上下文无关文法，巴科斯范式，LR(1)，LALR(1)等概念。yacc内部其实就是实现了一个状态机。其执行过程，就是借助状态机和栈来不断地将规则文本进行归约的过程。

归约和移进是lex&&yacc中比较重要的概念，官方文档中使用的是shift/reduce这两个单词，shift表示移进，reduce表示归约。在编写完语法规则后，使用yacc/bison编译，可能会出现一些shift/reduce conflict，即移进归约冲突。这时候，你需要仔细确认自己写的语法规则，其中就存在一些语义上的错误，需要进行修改。

命令介绍

这里讨论flex&&bison,旧版类似。
编写的词法文件后缀一般是.l，语法文件后缀是.y。这里假设你写了一个sql的语法解析工具：
词法文件为sql.l，语法文件为sql.y。(当然，你也可以仅使用语法解析。)

flex sql.l             # 生成C语言版本的词法解析源代码
flex -+ sql.l          # 生成C++版本的词法解析源代码
bison sql.y            # 仅生成一个C语言版本的语法解析源代码，不会导出头文件给其它源码引用
bison -d sql.y         # 功能同上，但是会导出头文件给其他源码引用
bison -L c++ -d sql.y  # 生成C++版本的语法解析源码
gcc *.c -o parser      # 编译

上述命令如果不使用-o选项给输出文件取名，那么执行成功后会生成以下文件：
C语言版本
词法文件为lex.yy.c
语法文件为sql.tab.c，sql.tab.h
C++版本
词法文件为lex.yy.cc
语法文件为sql.tab.cc，sql.tab.h

官方实例与文档

官方文档地址为: http://dinosaur.compilertools.net/
有lex,yacc,flex,bison和相关工具的实例与文档。如果有需要，可以查阅文档。

重要概念

token: 词法解析出的结果，一般是yylex函数return给语法解析的返回值，一般在.y文件中使用%token定义的符号，本质上会被编译成一个int值，给程序识别。yylex函数返回的就是这个int值。
shift/reduce: 移进/归约，移进就是规则解析未结束，继续向栈中推入一个符号。
terminal: 终结符，语法规则一般就是终结符和非终结符构成的，非终结符最终还是由终结符构成。
nonterminal: 非终结符
rule: 语法规则
precedence: 优先级，出现shift/reduce conflict时，需要定义该规则归约的优先级
action: 动作。词法和语法文件中，跟在词法或语法规则后面的一段C/C++代码，会在解析到该词法或语法规则后立马执行这些代码。多行代码使用{}括起来。

词法语法文件格式

%{
// 在这里写C/C++程序代码，一般是程序模块的引入，和类型或函数的声明与定义
// #include <stdio.h>
// C语言版本
// #include <iostream> // C++版本
// extern int yylex(); // 语法文件中，需要声明一个名为yylex的词法解析函数(这个函数的任务是帮语法模块进行词法解析)
%}
// 这部分写词法或语法解析自身的一些声明及定义
// 如语法解析的token定义
%token LPAREN // 定义左括号的token
%token RPAREN // 定义右括号的token
%token KEYWORD_SELECT // 定义关键字select的token
// 声明优先级，后声明的优先级高，除了%left左结合，还有%right, %nonassoc可以来定义优先级
%left "+" "-"
%left "*" "/"
// 这里你可以使用上面定义的token，也可以使用未定义的token，来代表声明一个虚拟符号，来代表这个层次的优先级。
// 声明一个虚拟优先级符号后，使用%prec将虚拟符号插入到语法规则的末端，那么该语法规则的优先级就是该虚拟符号的优先级了。
// 这里说明一下，一个语法规则的优先级，一般就是规则中最后一个终结符的优先级，而终结符一般就是token定义的符号。
%union {
char* ycText; // 这里可以使用union命令定义需要从词法传入到语法解析模块的具体内容，ycText在词法模块中赋值
}
// union命令本质上会在源码中生成一个叫YYTYPE的联合体类型，在语法模块中会有YYTYPE yylval这个变量定义，extern到词法文件中，对其ycText成员进行赋值。那么在语法文件中就可以访问到这个具体的字符串了。当然上面的token声明需要修改一下
%token <ycText> KEYWORD_SELECT
// 除了字符串类型，还可以是int等其他类型，但需要使用代码在词法的action中进行转化
%start root // 生命一下语法规则的起始规则，具体的root规则在下面定义。不使用start命令，yacc也会从第一条规则进行解析。
%%
// 词法和语法文件的主体部分，词法就写解析的词法及其附带的action(动作)
root: KEYWORD_SELECT tail {/* 动作代码，这里假装输出select这个词，使用$1引用，yacc编译器后期会把$1替换成具体的栈上变量 */printf("%sn",$1);}
; // 别忘记使用分号注明root规则结束
// 如果规则有多种情况，使用‘|‘符号分多种规则情况
// 这里，root其实就是一个nonterminal，而KEYWORD_SELECT是一个terminal。tail也是nonterminal，因为下面还是要对它进行定义。
// 规则定义时，尽量使用左递归的写法，右递归会出现很多未知情况，除非你知道他们的意义，否则还是使用左递归
// 另外，介绍一下$$，这个可以给非终结符进行赋值，具体使用可以参考官方文档
%%
// 这里一般写C/C++代码，一般是一些函数的具体实现
// 词法模块一般需要定义一个yywrap函数
int yywrap() {return 1;} // yywrap函数的作用请查阅文档，不定义该函数，gcc编译源码时会报错

工具使用说明

在编写词法语法文件时需要明确几点：
一般过程是，将文本通过标准输入(stdin)传入程序，先经过词法分析模块，后将词法分析结果传入语法解析模块，然后循环该过程。

语法解析需要定义并实现如下函数:

int yylex(); // 词法解析函数，如果是c语言版本的，那么词法文件编译成源码后，里面就自带一个yylex的c语言函数。这时候，你仅需要在语法文件的头部声明一下外部的函数即可。
void yyerror(char* msg) {printf("error : %sn", msg);}; // 错误处理函数

语法模块生成的头文件，需要在词法文件的头部引入:

%{
#include "sql.tab.h" // 因为里面包含了yylex要返回的token值，这个值要传给语法解析模块
}%

词法解析模块，内部需要定义yywrap函数。

最后，你需要自己写一个main函数，条用语法解析的yyparse函数进行全文解析。

最终词法和语法文件大概的样子:

// sql.l文件内容
%{
#include <stdio.h>
#include <sql.tab.h>
extern YYTYPE yylval;
}%
%%
"select" {yylval.ycText = yytext;return KEYWORD_SELECT;}
%%
int yywrap() {return 1;}
// sql.y文件内容
%{
#include <stdio.h>
extern int yylex();
void yyerror(char* msg) {printf("error : %sn", msg);}
}%
%union {
char* ycText;
}
%token <ycText> KEYWORD_SELECT
%start root
%%
root: KEYWORD_SELECT {printf("%sn", $1);}
;
%%
int main(int , char** ) {yyparse();return 0;}

总结

关于lex&&yacc的使用，还有很多需要注意的，尽量还是查看官方文档。

最后

以上就是愤怒纸鹤为你收集整理的LEX&&YACC--编译界的神的全部内容，希望文章能够帮你解决LEX&&YACC--编译界的神所遇到的程序开发问题。

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