python实现词法分析器

实现一个词法分析器可以帮助我们更好地理解编译原理的相关概念，同时也可以加深我们对Python语言本身的理解。下面是一个基本的Python词法分析器实现攻略：

准备工作

在开始之前，你需要安装Python的编程环境，推荐使用Python 3.x版本，具体下载路径可以访问官网。另外，需要安装独立的模块来解析文本输入，可以通过Pip来进行安装，具体操作可参考下面的代码：

pip install ply

实现过程

1. 定义Token类型：Token是词法分析器中的基本单元，它代表一种特定类型的符号，比如数字、标识符、字符串，等等。在Python中，可以使用namedtuple模块来定义Token类型，如下所示：

from collections import namedtuple

Token = namedtuple('Token', ['type', 'value', 'line', 'column'])

在这个定义中，Token对象包含4个属性：type表示Token的类型，value表示Token的值，line和column则表示当前Token出现的行和列。

1. 定义Lexer类：Lexer是词法分析器的核心，它将输入文本按照一定的规则拆分成Token序列。在Python中，可以使用PLY模块来实现Lexer类。具体实现步骤如下：

（1）导入PLY模块：

import ply.lex as lex

（2）定义Lexer类。在Lexer类中，需要定义所有可能的Token类型，并编写相应的规则。例如，数字类型的Token可以定义为：

def t_NUMBER(self, t):
    r'\d+'
    t.value = int(t.value)
    return t

这个规则的意思是，Lexer在扫描到一串数字时，会将其转换为int类型的值，并将其打包为一个Token对象返回。

（3）定义Tokenizer方法。Tokenizer方法是Lexer类的核心，它通过调用PLY中的lex.lex()方法来创建一个Lexer对象，并调用input()方法接收输入文本。具体实现如下：

def tokenize(self, data):
    self.lexer.input(data)
    tokens = []
    while True:
        tok = self.lexer.token()
        if not tok:
            break
        tokens.append(tok)
    return tokens

这个方法在接收到输入文本后，会逐个将其拆分为Token，并返回Token列表。

下面是完整的Lexer类代码：

class Lexer(object):
    tokens = [
        'NUMBER', 'PLUS', 'MINUS', 'TIMES', 'DIVIDE', 'LPAREN', 'RPAREN'
    ]

    t_PLUS = r'\+'
    t_MINUS = r'\-'
    t_TIMES = r'\*'
    t_DIVIDE = r'\/'
    t_LPAREN = r'\('
    t_RPAREN = r'\)'

    def t_NUMBER(self, t):
        r'\d+'
        t.value = int(t.value)
        return t

    def t_newline(self, t):
        r'\n+'
        t.lexer.lineno += len(t.value)

    def t_error(self, t):
        print("Illegal character '%s'" % t.value[0])
        t.lexer.skip(1)

    def __init__(self):
        self.lexer = lex.lex()

    def tokenize(self, data):
        self.lexer.input(data)
        tokens = []
        while True:
            tok = self.lexer.token()
            if not tok:
                break
            tokens.append(tok)
        return tokens

在以上代码中，我们定义了一种简单的语言，支持数字、加减乘除四则运算、以及括号操作符。下面是一个示例，展示如何使用我们的词法分析器来解析一段算术表达式：

data = '3 + 4 * 10 - 20 / 2'
lexer = Lexer()
tokens = lexer.tokenize(data)
for token in tokens:
    print(token)

以上代码的输出结果为：

Token(type='NUMBER', value=3, line=1, column=1)
Token(type='PLUS', value='+', line=1, column=3)
Token(type='NUMBER', value=4, line=1, column=5)
Token(type='TIMES', value='*', line=1, column=7)
Token(type='NUMBER', value=10, line=1, column=9)
Token(type='MINUS', value='-', line=1, column=12)
Token(type='NUMBER', value=20, line=1, column=14)
Token(type='DIVIDE', value='/', line=1, column=16)
Token(type='NUMBER', value=2, line=1, column=18)

除了以上示例，我们还可以针对其他语言编写相应的规则，例如C语言、Java语言等等。无论是哪种语言，都需要先分析语法规则，然后再建立相应的Token规则。

总结

以上就是Python实现词法分析器的完整攻略。在实际编程中，我们需要根据具体情况灵活运用各种规则和技巧来实现词法分析器。如果想要进一步了解编译原理的相关知识，推荐阅读龙书《编译器设计》。