C#词法分析器之转换DFA详解

C#词法分析器之转换DFA详解

什么是词法分析?

词法分析(Lexical Analysis)是编译器中的一个步骤,也称为扫描器(Scanner)。词法分析的主要任务是将程序中的代码转换成一个个Token(标记)。Token是指单词或符号等,是编译器中的最小单位。

词法分析器的输入是源代码,识别出其中的每个Token,每个Token包括 Token种类 和 Token值 两个部分。如:

int a = 1;

其中的Token可以分别识别为:

<keyword, int> <identifier, a> <assign, => <int_constant, 1> <semicolon, ;>

什么是DFA?

DFA(Deterministic Finite Automaton)即确定有限状态自动机,它是一种计算模型的抽象概念,可以识别输入的字符串是否符合所定义的规则。

DFA可以表示为一个五元组:

(D, Σ, δ, s, F)

其中:

  • D:有限状态集合
  • Σ:输入字符集合
  • δ:转移函数,即从一个状态根据输入字符转移到下一个状态
  • s:起始状态
  • F:终止状态集合

根据输入字符,每次可以从一个状态转移到另一个状态,直至输入结束并到达终止状态,判断输入的字符串是否符合规则。

DFA在词法分析中的应用

DFA可以用于词法分析器中,识别出源代码中的各个Token。可以构建多个DFA来检查源代码中的关键字、标识符、数字、运算符、分隔符等Token,从而实现对源代码的Token解析。

以下是一个构建数字识别DFA的示例:

  1. 首先,定义该DFA的五元组:
D = {S0, S1, S2, S3}
Σ = {'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', '.', 'e'}
s = S0
F = {S1, S2, S3}

其中,D是状态的集合,Σ是输入符号的集合,s是初始状态,F是接受状态的集合。

  1. 然后,定义状态和状态之间的转移函数:
δ(S0, '0') = S1
δ(S0, '1'-'9') = S2
δ(S1, '0'-'9') = S3
δ(S2, '0'-'9') = S2
δ(S2, '.') = S3
δ(S2, 'e') = S2
δ(S3, '0'-'9') = S3
δ(S3, 'e') = S2
  1. 最后,根据该DFA,识别输入的字符串是否为数字。例如,对于输入 "3.14",从状态S0开始,按照输入字符依次转移:
S0 -> S2 (input: 3)
S2 -> S3 (input: .)
S3 -> S2 (input: 1)
S2 -> S3 (input: 4)

最终到达S3状态,字符串 "3.14" 被识别为数字。

如何构建词法分析器

构建词法分析器,通常做法是:

  1. 定义输入字符集合
  2. 定义各种Token类型及其匹配的正则表达式
  3. 构建DFA
  4. 实现DFA的转移函数
  5. 从起始状态开始,按照输入字符进行状态转移,直至到达终止状态,识别出Token,并返回Token的类型及值

参考 https://www.cnblogs.com/bjwu/p/9674199.html

示例1:识别关键字

假设我们要实现一个只能识别 ifelse 关键字的词法分析器,具体步骤如下:

  1. 定义输入字符集合:即所有的小写字母、数字、下划线
  2. 定义关键字类型为 keyword
  3. 定义 ifelse 的正则表达式:(if)|(else)
  4. 构建DFA:
  5. 定义五元组:
    • D = {S0, S1, S2, S3, S4}
    • Σ = {a-z, 0-9, _}
    • s = S0
    • F = {S3, S4}
  6. 定义状态之间的转移函数:
    • δ(S0, 'i') = S1
    • δ(S1, 'f') = S2
    • δ(S2, Σ) = S3(即到达终止状态 S3,识别出 if
    • δ(S0, 'e') = S1
    • δ(S1, 'l') = S2
    • δ(S2, 's') = S4
    • δ(S4, 'e') = S3(即到达终止状态 S3,识别出 else
    • 其他状态转移情况均指向 S0
  7. 实现DFA的转移函数:如下示例代码
public Token GetNextToken()
{
    int state = 0;
    string lexeme = "";
    char c;

    while ((c = _sourceCode[_currentIndex++]) != '\0')
    {
        lexeme += c;

        switch (state)
        {
            case 0:
                if (c == 'i') state = 1;
                else if (c == 'e') state = 4;
                else return null;
                break;
            case 1:
                if (c == 'f') state = 2;
                else if (c == 'l') state = 3;
                else return null;
                break;
            case 2: // reach the end state
                if (c < 'a' || c > 'z' ) return new Token(TokenType.Keyword, "if");
                else return null;
            case 3:
                if (c == 's') state = 4;
                else return null;
                break;
            case 4: // reach the end state
                if (c < 'a' || c > 'z' ) return new Token(TokenType.Keyword, "else");
                else return null;
                break;
        }
    }

    return null;
}

示例2:识别数字

假设我们要实现一个只能识别整数和浮点数的词法分析器,具体步骤如下:

  1. 定义输入字符集合:即所有数字字符
  2. 定义数字类型为 numeric
  3. 定义正则表达式:
  4. 以数字开头的整数:[1-9][0-9]*
  5. 以 0 开头的整数:0
  6. 浮点数:[0-9]+(\.[0-9]+)?(e[+\-]?[0-9]+)?
  7. 构建DFA:
  8. 定义五元组:
    • D = {S0, S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7}
    • Σ = {0-9}
    • s = S0
    • F = {S2, S3, S6}
  9. 定义状态之间的转移函数:
    • δ(S0, '0') = S1
    • δ(S0, '1'-'9') = S2
    • δ(S1, Σ) = S5 (0 只能作为一位整数输入)
    • δ(S2, Σ) = S2
    • δ(S2, '.') = S3
    • δ(S2, 'e') = S6
    • δ(S5, Σ) = S5
    • δ(S3, Σ) = S4
    • δ(S4, Σ) = S4
    • δ(S4, 'e') = S6
    • δ(S6, '+'|'-'|Σ) = S7
    • δ(S7, Σ) = S7
  10. 解释:
    • 初始状态(S0)读入 '0',进入状态 S1
    • 初始状态(S0)读入 '1'~'9', 进入状态 S2
    • 进入状态 S1,只能接受空输入,转移到状态 S5
    • 进入状态 S2,接受数字字符,作为整数部分,继续保持状态 S2
    • 进入状态 S2,第一次读入 '.',进入状态 S3,开始读取小数部分
    • 进入状态 S3,继续接受数字字符,进入状态 S4
    • 进入状态 S4,继续接受数字字符,维持状态 S4
    • 进入状态 S4,遇到字符 'e' 进入状态 S6,开始读取指数部分
    • 进入状态 S5,只能接受空输入,输出整数结果
    • 进入状态 S6,读入符号或数字,进入状态 S7 进行判断
    • 进入状态 S7,需要接收数字字符输入,进行指数部分的匹配和判断
  11. 实现DFA的转移函数:如下示例代码
public Token GetNextToken()
{
    int state = 0;
    string lexeme = "";
    char c;

    while ((c = _sourceCode[_currentIndex]) != '\0')
    {
        lexeme += c;
        _currentIndex++;

        switch (state)
        {
            case 0:
                if (c == '0') state = 1;
                else if (c >= '1' && c <= '9') state = 2;
                else return null;
                break;
            case 1:
                if (c >= '0' && c <= '9') return null;
                else return new Token(TokenType.Number, lexeme);
            case 2:
                if (c >= '0' && c <= '9') state = 2;
                else if (c == '.') state = 3;
                else if (c == 'e') state = 6;
                else return new Token(TokenType.Number, lexeme);
                break;
            case 3:
                if (c >= '0' && c <= '9') state = 4;
                else return null;
                break;
            case 4:
                if (c >= '0' && c <= '9') state = 4;
                else if (c == 'e') state = 6;
                else return new Token(TokenType.Number, lexeme);
                break;
            case 5:
                return new Token(TokenType.Number, lexeme);
            case 6:
                if (c == '+' || c == '-') state = 7;
                else if (c >= '0' && c <= '9') state = 8;
                else return null;
                break;
            case 7:
                if (c >= '0' && c <= '9') state = 8;
                else return null;
                break;
            case 8:
                if (c >= '0' && c <= '9') state = 8;
                else return new Token(TokenType.Number, lexeme);
                break;
        }
    }

    return null;
}

以上是构建C#词法分析器中转换DFA的详细攻略,希望能对大家有所帮助。

本站文章如无特殊说明,均为本站原创,如若转载,请注明出处:C#词法分析器之转换DFA详解 - Python技术站

(0)
上一篇 2023年6月7日
下一篇 2023年6月7日

相关文章

  • asp.net(c#) 水仙花数

    ASP.NET是一种基于.NET框架的Web应用程序开发技术,可以使用C#等编程语言进行开发。水仙花数则是一种特殊的整数,满足它等于各位数字的立方和。 在ASP.NET中,可以通过以下步骤生成水仙花数: 步骤一 创建一个Web应用程序,假设应用程序名称为“NarcissisticNumber”。 步骤二 在默认的Web表单上添加一个文本框和一个按钮,用于输入…

    C# 2023年6月3日
    00
  • unity 实现摄像机绕某点旋转一周

    Unity中实现摄像机绕某点旋转一周主要是通过设置摄像机的的位置和旋转角度来实现,在这里分享一下具体实现攻略。 使用transform.RotateAround旋转摄像机 在Unity中,transform组件具有一个RotateAround方法,可以用于将物体绕某个点旋转。因此,我们可以先通过旋转一个空物体作为中心点,然后使用RotateAround方法实…

    C# 2023年6月3日
    00
  • 垃圾代码二三行 ASPX小马

    攻击者可以通过嵌入”垃圾代码”来在服务器上运行恶意代码,从而达到控制服务器的目的。其中,”垃圾代码二三行 ASPX小马”是一种常见的攻击手段,本文将对其进行详细讲解。 什么是”垃圾代码二三行 ASPX小马” “垃圾代码二三行 ASPX小马”是指攻击者将一小段ASP.NET代码嵌入到页面中,通过这段代码来加载运行ASPX小马,从而达到控制服务器的目的。 攻击步…

    C# 2023年5月31日
    00
  • C# 数组中的 indexOf 方法及使用

    C# 数组中的 indexOf 方法及使用 在C#中,数组是一种非常常见的数据结构,它们可以用来存储多个相同类型的数据。我们可以使用indexOf方法来查找指定元素在数组中的索引位置。 indexOf 方法的语法 indexOf方法用于查找数组中指定元素的位置,语法如下: public static int indexOf(Object[] array, O…

    C# 2023年6月7日
    00
  • C# Stream.Seek – 在流中定位

    Stream.Seek 方法用于在流中寻找具有给定偏移量的位置,并将流的读/写指针移动到该位置。Seek 方法可用于在文件中进行定位,以便读取或写入指定位置的数据。 使用方法 方法签名 public virtual long Seek(long offset, SeekOrigin origin); 参数含义 offset:偏移量。它表示要在流内移动的字节数…

    C# 2023年4月19日
    00
  • ASP.NET Core配置设置之Configuration包

    ASP.NET Core配置设置之Configuration包 在ASP.NET Core应用程序中,Configuration包是一个非常重要的包,它允许我们从不同的配置源中读取配置信息,并将其注入到应用程序中。本攻略将介绍如何使用Configuration包,并提供两个示例说明。 1. 安装Configuration包 在ASP.NET Core应用程序…

    C# 2023年5月16日
    00
  • C#中括号强转、as、is区别详解

    下面是关于“C#中括号强转、as、is区别详解”的攻略。 什么是强制类型转换 强制类型转换是指在不同的数据类型之间进行转换,有时在 C# 中,我们需要将一个数据类型转换为另一个数据类型。在 C# 中,有四种类型的转换:隐式转换、显式转换、as 转换和 is 转换。 C#中括号强转的作用 在 C# 代码中,中括号(也称圆括号)用于强制类型转换,将一种数据类型转…

    C# 2023年5月15日
    00
  • Unity中协程IEnumerator的使用方法介绍详解

    针对“Unity中协程IEnumerator的使用方法介绍详解”这个话题,以下是详细的攻略: 什么是协程? 协程是一个非常重要的Unity中的功能,它可以让你在程序执行期间暂停执行当前方法,进行一段时间的等待,然后再继续执行这个方法。通过协程,你可以创建更加动态、流畅的游戏体验。 协程的使用方法 在Unity中,协程的使用方法非常简单,我们只需要使用IEnu…

    C# 2023年6月3日
    00
合作推广
合作推广
分享本页
返回顶部