词法分析是编译器设计的关键组成部分,它在编译器的工作流程中位于源程序的最前端,负责将源代码的字符序列转化为有意义的符号序列,即“单词”序列。这个过程是编译的第一步,它为后续的语法分析、语义分析以及目标代码生成奠定了基础。
在词法分析中,源程序首先被看作是一系列的字符,如在示例中展示的`float sum, first;sum=first+10;`。经过词法分析后,源程序被分解成一个个具有独立语义的“单词”,例如`float`、`sum`、`first`、`=`、`+`和数字`10`。这些单词称为TOKEN,它们代表了编程语言中的各种元素,如类型声明、变量名、运算符和常量。
词法分析器的主要任务是按照语言的词法规则,对源程序进行扫描,识别出一个个单词,并将它们转换为内部表示,这个内部表示通常是一个TOKEN,包含了单词的类型和可能的附加信息。词法分析器有两种常见的实现方式:附属词法分析器和独立词法分析器。附属词法分析器每次调用都会返回一个单词的TOKEN,而独立词法分析器则一次性扫描整个源程序,生成完整的TOKEN序列并存储,以便后续的语法分析使用。
单词通常分为不同的类别,例如:
1. 标识符:用于标识程序中的变量、常量、数组和函数等对象,由用户自定义。
2. 保留字:由语言系统预定义,具有特定含义,如`float`、`if`、`for`等。
3. 常量:包括整数、浮点数、字符和字符串,如`10`、`3.14`、`'a'`、`"hello"`。
4. 运算符:执行算术、逻辑、字符和赋值操作的符号,如`+`、`-`、`*`、`/`、`<`、`>`。
5. 界限符:如逗号、分号、括号,用作语法分隔。
单词的内部表示通常通过整数编码来实现,不同的单词类别有不同的编码。对于标识符和常量,可以存储它们的具体值,但这样可能导致空间浪费;另一种方法是使用标识符表和常量表,将具体值存储在表中,而TOKEN的语义信息则是一个指向对应表项的指针。对于保留字、界限符和运算符,通常采用一符一类的编码方式,每个字符或字符串都有其固定的编码。
例如,字符序列`float sum, first;sum=first+10;`在不使用标识符表和常量表的情况下,可能被转换为TOKEN序列,其中包含每个单词的类别编码和可能的助记符,如`($float,)`、`($id, sum)`、`($comma,)`等。
词法分析程序的设计涉及到如何定义和处理这些不同类别的单词,如何有效地存储和检索TOKEN,以及如何确保词法规则的正确性。此外,还需要考虑错误处理,如当源程序中的字符序列不符合词法规则时,如何报告和处理这些错误。
词法分析是编译器设计中的基础步骤,它为源代码的理解和翻译提供了基础。理解并能有效实现词法分析对于编写高效、准确的编译器至关重要。