西南科技大学编译原理实验报告1

【编译原理实验报告——设计词法分析程序】 在计算机科学中，编译器是将高级编程语言转换为机器可执行代码的关键组件。编译器的设计通常分为几个阶段，其中包括词法分析。本实验报告主要关注词法分析程序的设计，这是编译器前端的第一步，负责识别源代码中的基本单元——单词（Token）。以下将详细阐述实验的目的、设计、过程以及实现。 **一、实验目的** 1. **理解正则表达式**：掌握如何用正则表达式描述词法规则，正则表达式是表示字符序列的模式，用于匹配和处理文本。 2. **NFA与DFA的转化**：了解如何将正则表达式转化为非确定有限自动机（NFA），然后确定化NFA并简化为最小的确定有限自动机（DFA）。NFA和DFA是理论计算模型，用于识别正则语言。 3. **词法分析程序设计**：学习词法分析程序的基本流程，包括单词的分类和输出方案。 **二、实验设计** 1. **正则表达式与NFA**：为TEST语言的每条词法规则编写相应的正则表达式，并构造NFA表示。 2. **DFA构建**：通过合并NFA，确定化并简化为最小DFA，用于指导词法分析。 3. **单词分类与输出方案**：根据语言规则定义单词类别，并确定单词输出格式。 **三、实验过程** 1. **规则与NFA**： - 标识符：以(a-zA-Z)开头，后跟零个或多个字母、数字的字符串。 - 保留字：预定义的关键字，如if、else等。 - 无符号整数：由一个或多个数字组成。 - 分界符：包括括号、分号、花括号等。 - 运算符：加减乘除及比较操作符等。 - 注释符：以//开头的单行注释。 - NFA的构造不在此处详述，但通常涉及创建状态和转移边。 2. **DFA**： - 经过NFA的合并、确定化和最小化过程，形成一个能识别所有规则的DFA，该DFA的每个状态代表了对当前输入字符的一种反应。 3. **单词分类与输出**： - 关键字：如int、if等。 - 标识符：由字母或数字组成的标识。 - 无符号整数：仅包含数字的序列。 - 分界符：如{、}、(、)、;等。 - 运算符：包括+、-、*、/、比较和赋值操作符等。 - 注释符：以//开头的单行注释。 - 保留字：与关键字类似，但需特殊处理。 4. **词法分析程序**： - 使用Python编写词法分析程序，定义状态机（DFA），通过get_char_category函数判断输入字符类别，然后根据DFA的状态转移表进行状态迁移，识别出不同类型的单词。 **四、程序实现** 以下是一个简化的词法分析程序框架： ```python # 状态定义 states = {'START', 'ID', 'NUM', 'OPERATOR', 'DELIMITER', 'COMMENT', 'ERROR'} # 输入字符分类函数 def get_char_category(char): # 根据字符特性返回对应类别 # DFA状态转移表 dfa = { # 省略具体状态转移规则 } # 主程序 def lexical_analysis(source_code): # 扫描源代码，根据DFA进行词法分析 ``` 此程序读取源代码，根据状态转移表逐步分析字符，输出对应的单词类型。完整的词法分析程序还需要考虑错误处理、缓冲区管理、回溯机制等细节。 通过这个实验，学生可以深入理解词法分析的原理和实践，为后续的语法分析、语义分析和代码生成打下坚实的基础。