一个Lex/Yacc完整的示例(可使用C++)

作者: 胡彦 2013-4-28
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本框架是一个lex/yacc完整的示例，包括详细的注释，用于学习lex/yacc程序基本的搭建方法，在linux/cygwin下敲入make就可以编译和执行。大部分框架已经搭好了，你只要稍加扩展就可以成为一个计算器之类的程序，用于《编译原理》的课程设计，或者对照理解其它lex/yacc项目的代码。
本例子虽小却演示了lex/yacc程序最重要和常用的特征：

* lex/yacc程序组成结构、文件格式。* 如何在lex/yacc中使用C++和STL库，用extern "C"声明那些lex/yacc生成的、要链接的C函数，如yylex(), yywrap(), yyerror()。* 重定义YYSTYPE/yylval为复杂类型。* lex里多状态的定义和使用，用BEGIN宏在初始态和其它状态间切换。* lex里正则表达式的定义、识别方式。* lex里用yylval向yacc返回数据。* yacc里用%token<>方式声明yacc记号。* yacc里用%type<>方式声明非终结符的类型。* 在yacc嵌入的C代码动作里，对记号属性($1, $2等)、和非终结符属性($$)的正确引用方法。* 对yyin/yyout重赋值，以改变yacc默认的输入/输出目标。

本例子功能是，对当前目录下的file.txt文件，解析出其中的标识符、数字、其它符号，显示在屏幕上。linux调试环境是Ubuntu 10.04。

文件列表：

lex.l:lex程序文件。yacc.y:yacc程序文件。main.h:lex.l和yacc.y共同使用的头文件。Makefile:makefile文件。lex.yy.c:用lex编译lex.l后生成的C文件。yacc.tab.c:用yacc编译yacc.y后生成的C文件。yacc.tab.h:用yacc编译yacc.y后生成的C头文件，内含%token、YYSTYPE、yylval等定义，供lex.yy.c和yacc.tab.c使用。file.txt:被解析的文本示例。README.txt:本说明。

下面列出主要的代码文件：

 main.h: lex.l和yacc.y共同使用的头文件 

#ifndef MAIN_HPP#define MAIN_HPP#include <iostream>//使用C++库#include <string>#include <stdio.h>//printf和FILE要用的using namespace std;/*当lex每识别出一个记号后，是通过变量yylval向yacc传递数据的。默认情况下yylval是int类型，也就是只能传递整型数据。yylval是用YYSTYPE宏定义的，只要重定义YYSTYPE宏，就能重新指定yylval的类型(可参见yacc自动生成的头文件yacc.tab.h)。在我们的例子里，当识别出标识符后要向yacc传递这个标识符串，yylval定义成整型不太方便(要先强制转换成整型，yacc里再转换回char*)。这里把YYSTYPE重定义为struct Type，可存放多种信息*/struct Type//通常这里面每个成员，每次只会使用其中一个，一般是定义成union以节省空间(但这里用了string等复杂类型造成不可以){string m_sId;int m_nInt;char m_cOp;};#define YYSTYPE Type//把YYSTYPE(即yylval变量)重定义为struct Type类型，这样lex就能向yacc返回更多的数据了#endif

lex.l: lex程序文件

%{/*本lex的生成文件是lex.yy.clex文件由3段组成，用2个%%行把这3段隔开。第1段是声明段，包括：1-C代码部分：include头文件、函数、类型等声明，这些声明会原样拷到生成的.c文件中。2-状态声明，如%x COMMENT。3-正则式定义，如digit ([0-9])。第2段是规则段，是lex文件的主体，包括每个规则(如identifier)是如何匹配的，以及匹配后要执行的C代码动作。第3段是C函数定义段，如yywrap()的定义，这些C代码会原样拷到生成的.c文件中。该段内容可以为空*///第1段：声明段#include "main.h"//lex和yacc要共用的头文件，里面包含了一些头文件，重定义了YYSTYPE#include "yacc.tab.h"//用yacc编译yacc.y后生成的C头文件，内含%token、YYSTYPE、yylval等定义(都是C宏)，供lex.yy.c和yacc.tab.c使用extern "C"//为了能够在C++程序里面调用C函数，必须把每一个需要使用的C函数，其声明都包括在extern "C"{}块里面，这样C++链接时才能成功链接它们。extern "C"用来在C++环境下设置C链接类型。{//yacc.y中也有类似的这段extern "C"，可以把它们合并成一段，放到共同的头文件main.h中int yywrap(void);int yylex(void);//这个是lex生成的词法分析函数，yacc的yyparse()里会调用它，如果这里不声明，生成的yacc.tab.c在编译时会找不到该函数}%}/*lex的每个正则式前面可以带有"<状态>"，例如下面的"<COMMENT>\n"。每个状态要先用%x声明才能使用。当lex开始运行时，默认状态是INITIAL，以后可在C代码里用"BEGIN 状态名;"切换到其它状态(BEGIN是lex/yacc内置的宏)。这时，只有当lex状态切换到COMMENT后，才会去匹配以<COMMENT>开头的正则式，而不匹配其它状态开头的。也就是说，lex当前处在什么状态，就考虑以该状态开头的正则式，而忽略其它的正则式。其应用例如，在一段C代码里，同样是串"abc"，如果它写在代码段里，会被识别为标识符，如果写在注释里则就不会。所以对串"abc"的识别结果，应根据不同的状态加以区分。本例子需要忽略掉文本中的行末注释，行末注释的定义是：从某个"//"开始，直到行尾的内容都是注释。其实现方法是：1-lex启动时默认是INITIAL状态，在这个状态下，串"abc"会识别为标识符，串"123"会识别为整数等。2-一旦识别到"//"，则用BEGIN宏切换到COMMENT状态，在该状态下，abc这样的串、以及其它字符会被忽略。只有识别到换行符\n时，再用BEGIN宏切换到初始态，继续识别其它记号。*/%x COMMENT/*非数字由大小写字母、下划线组成*/nondigit([_A-Za-z])/*一位数字，可以是0到9*/digit([0-9])/*整数由1至多位数字组成*/integer({digit}+)/*标识符，以非数字开头，后跟0至多个数字或非数字*/identifier({nondigit}({nondigit}|{digit})*)/*一个或一段连续的空白符*/blank_chars([ \f\r\t\v]+)/*下面%%后开始第2段：规则段*/%%{identifier}{//匹配标识符串，此时串值由yytext保存yylval.m_sId=yytext;//通过yylval向yacc传递识别出的记号的值，由于yylval已定义为struct Type，这里就可以把yytext赋给其m_sId成员，到了yacc里就可以用$n的方式来引用了return IDENTIFIER;//向yacc返回: 识别出的记号类型是IDENTIFIER}{integer}{//匹配整数串yylval.m_nInt=atoi(yytext);//把识别出的整数串，转换为整型值，存储到yylval的整型成员里，到了yacc里用$n方式引用return INTEGER;//向yacc返回: 识别出的记号类型是INTEGER}{blank_chars}{//遇空白符时，什么也不做，忽略它们}\n{//遇换行符时，忽略之}"//"{//遇到串"//"，表明要开始一段注释，直到行尾cout<<"(comment)"<<endl;//提示遇到了注释BEGIN COMMENT;//用BEGIN宏切换到注释状态，去过滤这段注释，下一次lex将只匹配前面带有<COMMENT>的正则式}.{//.表示除\n以外的其它字符，注意这个规则要放在最后，因为一旦匹配了.就不会匹配后面的规则了(以其它状态<>开头的规则除外)yylval.m_cOp=yytext[0];//由于只匹配一个字符，这时它对应yytext[0]，把该字符存放到yylval的m_cOp成员里，到了yacc里用$n方式引用return OPERATOR;//向yacc返回: 识别出的记号类型是OPERATOR}<COMMENT>\n{//注释状态下的规则，只有当前切换到COMMENT状态才会去匹配BEGIN INITIAL;//在注释状态下，当遇到换行符时，表明注释结束了，返回初始态}<COMMENT>.{//在注释状态下，对其它字符都忽略，即：注释在lex(词法分析层)就过滤掉了，不返回给yacc了}%%//第3段：C函数定义段int yywrap(void){puts("-----the file is end");return 1;//返回1表示读取全部结束。如果要接着读其它文件，可以这里fopen该文件，文件指针赋给yyin，并返回0}

yacc.y: yacc程序文件

%{/*本yacc的生成文件是yacc.tab.c和yacc.tab.hyacc文件由3段组成，用2个%%行把这3段隔开。第1段是声明段，包括：1-C代码部分：include头文件、函数、类型等声明，这些声明会原样拷到生成的.c文件中。2-记号声明，如%token3-类型声明，如%type第2段是规则段，是yacc文件的主体，包括每个产生式是如何匹配的，以及匹配后要执行的C代码动作。第3段是C函数定义段，如yyerror()的定义，这些C代码会原样拷到生成的.c文件中。该段内容可以为空*///第1段：声明段#include "main.h"//lex和yacc要共用的头文件，里面包含了一些头文件，重定义了YYSTYPEextern "C"//为了能够在C++程序里面调用C函数，必须把每一个需要使用的C函数，其声明都包括在extern "C"{}块里面，这样C++链接时才能成功链接它们。extern "C"用来在C++环境下设置C链接类型。{//lex.l中也有类似的这段extern "C"，可以把它们合并成一段，放到共同的头文件main.h中void yyerror(const char *s);extern int yylex(void);//该函数是在lex.yy.c里定义的，yyparse()里要调用该函数，为了能编译和链接，必须用extern加以声明}%}/*lex里要return的记号的声明用token后加一对<member>来定义记号，旨在用于简化书写方式。假定某个产生式中第1个终结符是记号OPERATOR，则引用OPERATOR属性的方式：1-如果记号OPERATOR是以普通方式定义的，如%token OPERATOR，则在动作中要写$1.m_cOp，以指明使用YYSTYPE的哪个成员2-用%token<m_cOp>OPERATOR方式定义后，只需要写$1，yacc会自动替换为$1.m_cOp另外用<>定义记号后，非终结符如file, tokenlist，必须用%type<member>来定义(否则会报错)，以指明它们的属性对应YYSTYPE中哪个成员，这时对该非终结符的引用，如$$，会自动替换为$$.member*/%token<m_nInt>INTEGER%token<m_sId>IDENTIFIER%token<m_cOp>OPERATOR%type<m_sId>file%type<m_sId>tokenlist%%file://文件，由记号流组成tokenlist//这里仅显示记号流中的ID{cout<<"all id:"<<$1<<endl;//$1是非终结符tokenlist的属性，由于该终结符是用%type<m_sId>定义的，即约定对其用YYSTYPE的m_sId属性，$1相当于$1.m_sId，其值已经在下层产生式中赋值(tokenlist IDENTIFIER)};tokenlist://记号流，或者为空，或者由若干数字、标识符、及其它符号组成{}| tokenlist INTEGER{cout<<"int: "<<$2<<endl;//$2是记号INTEGER的属性，由于该记号是用%token<m_nInt>定义的，即约定对其用YYSTYPE的m_nInt属性，$2会被替换为yylval.m_nInt，已在lex里赋值}| tokenlist IDENTIFIER{$$+=" " + $2;//$$是非终结符tokenlist的属性，由于该终结符是用%type<m_sId>定义的，即约定对其用YYSTYPE的m_sId属性，$$相当于$$.m_sId，这里把识别到的标识符串保存在tokenlist属性中，到上层产生式里可以拿出为用cout<<"id: "<<$2<<endl;//$2是记号IDENTIFIER的属性，由于该记号是用%token<m_sId>定义的，即约定对其用YYSTYPE的m_sId属性，$2会被替换为yylval.m_sId，已在lex里赋值}| tokenlist OPERATOR{cout<<"op: "<<$2<<endl;//$2是记号OPERATOR的属性，由于该记号是用%token<m_cOp>定义的，即约定对其用YYSTYPE的m_cOp属性，$2会被替换为yylval.m_cOp，已在lex里赋值};%%void yyerror(const char *s)//当yacc遇到语法错误时，会回调yyerror函数，并且把错误信息放在参数s中{cerr<<s<<endl;//直接输出错误信息}int main()//程序主函数，这个函数也可以放到其它.c, .cpp文件里{const char* sFile="file.txt";//打开要读取的文本文件FILE* fp=fopen(sFile, "r");if(fp==NULL){printf("cannot open %s\n", sFile);return -1;}extern FILE* yyin;//yyin和yyout都是FILE*类型yyin=fp;//yacc会从yyin读取输入，yyin默认是标准输入，这里改为磁盘文件。yacc默认向yyout输出，可修改yyout改变输出目的printf("-----begin parsing %s\n", sFile);yyparse();//使yacc开始读取输入和解析，它会调用lex的yylex()读取记号puts("-----end parsing");fclose(fp);return 0;}

Makefile: makefile文件

LEX=flexYACC=bisonCC=g++OBJECT=main #生成的目标文件$(OBJECT): lex.yy.o  yacc.tab.o$(CC) lex.yy.o yacc.tab.o -o $(OBJECT)@./$(OBJECT) #编译后立刻运行lex.yy.o: lex.yy.c  yacc.tab.h  main.h$(CC) -c lex.yy.cyacc.tab.o: yacc.tab.c  main.h$(CC) -c yacc.tab.cyacc.tab.c  yacc.tab.h: yacc.y# bison使用-d参数编译.y文件$(YACC) -d yacc.ylex.yy.c: lex.l$(LEX) lex.lclean:@rm -f $(OBJECT)  *.o

 file.txt: 被解析的文本示例

abc defghi//this line is comment, abc 123 !@#$12345678//comment until line end!@#$

使用方法：
1-把lex_yacc_example.rar解压到linux/cygwin下。
2-命令行进入lex_yacc_example目录。
3-敲入make，这时会自动执行以下操作：
(1) 自动调用flex编译.l文件，生成lex.yy.c文件。
(2) 自动调用bison编译.y文件，生成yacc.tab.c和yacc.tab.h文件。
(3) 自动调用g++编译、链接出可执行文件main。
(4) 自动执行main。
运行结果如下所示：

bison -d yacc.yg++ -c lex.yy.cg++ -c yacc.tab.cg++ lex.yy.o yacc.tab.o -o main-----begin parsing file.txtid: abcid: defghi(comment)int: 123int: 45678(comment)op: !op: @op: #op: $-----the file is endall id: abc defghi-----end parsing

参考资料：《Lex和Yacc从入门到精通(6)-解析C-C++包含文件》http://blog.csdn.net/pandaxcl/article/details/1321552
其它文章和代码请留意我的blog: http://blog.csdn.net/huyansoft

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