5-有穷自动机-21

在编程语言处理中，有穷自动机（Finite Automata, FA）扮演着至关重要的角色，特别是在词法分析阶段。词法分析是编译器设计中的第一阶段，主要任务是将源代码转换成一个个有意义的单元——单词（Token），以便后续的语法分析和语义分析。本篇内容主要涉及了有穷自动机、词法分析以及编译过程中的相关任务。 有穷自动机（FA）是图论中的一个概念，用于识别字符串的特定模式。在题目中提到了非确定性有穷自动机（NFA），它具有以下特点： 1. 有一个有穷字母表，即输入字符集合。 2. 可以有多个初始状态，这些状态可以同时开始读取输入。 3. 也有多个终止状态，表示字符串的合法结束状态。 4. NFA的一个关键特性是可以有多个状态转移，允许在不同路径上同时进行。 词法分析的理论基础是有穷自动机理论，通过构造一个 DFA 或 NFA 来匹配源代码中的单词。词法分析器的输出通常是单词的类别编码和自身值，这样后续的语法分析器可以根据这些信息来理解源代码的结构。 在编译过程中，扫描器（Scanner）或词法分析器执行以下任务： 1. 组织源程序的输入，确保程序的正确读取。 2. 按照预先定义的词法规则（正则表达式或正规定义式）分割出单词，识别其属性。 3. 删除注释和无用字符，如空格，以简化源代码。 4. 行计数和列计数，这对于错误定位和调试很有帮助。 5. 发现并定位词法错误，例如非法字符或未闭合的括号。 6. 建立符号表，存储标识符的相关信息，如变量名、函数名等。 在正则表达式方面，`*` 符号表示前面的元素可以重复零次或多次，这是闭包操作的表示。状态转换图中的节点代表状态，通常用圆圈表示。正则表达式 `(a|b)*(a|b)` 可以等价于 `(a|b)(a|b)*`，表示连续的 `a` 和 `b` 的序列。 无符号常数的识别和拼数工作在词法分析阶段完成，而单词符号的属性值可能包括指向符号表项或常数表项的指针，以便快速访问和验证这些信息。 对于等价的正规式，如果它们表示的正规集相同，那么这些正规式就是等价的。在有穷自动机中，如果从初始状态到终止状态有一条路径，且路径上的标记符号连接起来与输入串相匹配，那么该输入串就被自动机接受。 一个 Lex 源程序包含正规定义式和识别规则，用于定义如何匹配和处理源代码中的单词。状态转换矩阵用于表示 DFA 的状态变化，其中行代表状态，列表示输入字符，元素表示状态转换函数的值。 当词法分析程序遇到错误时，通常会回退一个位置并尝试匹配其他规则，以找到正确的解析路径。正则文法不一定是二义的，这意味着一个正则表达式对应的语言只有一种解释。此外，对于右线性文法，存在等价的左线性文法，以及与之对应的非确定性和确定性有穷自动机。 总结来说，本篇内容涵盖了有穷自动机的基本概念、词法分析器的功能、编译过程中的任务以及正则表达式的操作，这些都是构建和理解编译器技术的关键知识点。