GCC编译器原理------编译原理三：编译过程（2-1）---编译之词法分析

Posted 2020-12-30 kele-dad

二、编译

引用文档：https://blog.csdn.net/chdhust/article/details/9040647

编译过程就是把预处理完的文件进行一系列词法分析、语法分析、语义分析及优化后生成相应的汇编代码文件，这个过程是整个程序构建的核心部分，也是最复杂的部分之一。

现在版本的 GCC 把预编译和编译两个步骤合并成一个步骤，使用 cc1 的程序来完成这两个步骤。

编译过程一般分为 6 个步骤：扫描、语法分析、语义分析、源代码优化、代码生成和目标代码优化，过程如下图：

2.1 词法分析

源代码程序被输入到扫描器（Scanner），扫描器对源代码进行简单的词法分析，运用类似于有限状态机（Finite State Machine）的算法可以很轻松的将源代码字符序列分割成一系列的记号（Token）。

词法分析产生的记号一般可以分为如下几类：关键字、标识符、字面量（包含数字、字符串等）和特殊符号（如加号、等号）。在识别记号的同时，扫描器也完成了其他工作，比如将标识符存放到符号表，将数字、字符串常量存放到文字表等，以备后面的步骤使用。

词法分析可以使用 lex 工具。

2.2.1 lex 介绍

Lex 是一种生成扫描器的工具。扫描器是一种识别文本中的词汇模式的程序。 这些词汇模式（或者常规表达式）在一种特殊的句子结构中定义。

一种匹配的常规表达式可能会包含相关的动作。这一动作可能还包括返回一个标记。 当 Lex 接收到文件或文本形式的输入时，它试图将文本与常规表达式进行匹配。 它一次读入一个输入字符，直到找到一个匹配的模式。 如果能够找到一个匹配的模式，Lex 就执行相关的动作（可能包括返回一个标记）。 另一方面，如果没有可以匹配的常规表达式，将会停止进一步的处理，Lex 将显示一个错误消息。

Lex 和 C 是强耦合的。一个 .lex 文件（Lex 文件具有 .lex 的扩展名）通过 lex 公用程序来传递，并生成 C 的输出文件。这些文件被编译为词法分析器的可执行版本。

常规表达式是一种使用元语言的模式描述。表达式由符号组成。符号一般是字符和数字，但是 Lex 中还有一些具有特殊含义的其他标记。 下面两个表格定义了 Lex 中使用的一些标记并给出了几个典型的例子。

字符	含义
A-Z，0-9， a-z	构成了部分模式的字符和数字。
.	匹配任意字符，除了 。
-	用来指定范围。例如：A-Z 指从 A 到 Z 之间的所有字符。
[ ]	一个字符集合。匹配括号内的 任意 字符。如果第一个字符是 ^ 那么它表示否定模式。例如: [abC] 匹配 a， b， 和 C中的任何一个。
*	匹配 0个或者多个上述的模式。
+	匹配 1个或者多个上述模式。
?	匹配 0个或1个上述模式。
$	作为模式的最后一个字符匹配一行的结尾。
{ }	指出一个模式可能出现的次数。 例如: A{1, 3} 表示 A 可能出现1次或3次。
	用来转义元字符。同样用来覆盖字符在此表中定义的特殊意义，只取字符的本意。
^	否定。
|	表达式间的逻辑或。
"<一些符号>"	字符的字面含义。元字符具有。
/	向前匹配。如果在匹配的模版中的"/"后跟有后续表达式，只匹配模版中"/"前 面的部分。如：如果输入 A01，那么在模版 A0/1 中的 A0 是匹配的。
( )	将一系列常规表达式分组。

表达式例子

常规表达式	含义
joke[rs]	匹配 jokes 或 joker。
A{1,2}shis+	匹配 AAshis, Ashis, AAshi, Ashi。
(A[b-e])+	匹配在 A 出现位置后跟随的从 b 到 e 的所有字符中的 0 个或 1个。

Lex 中的标记声明类似 C 中的变量名。每个标记都有一个相关的表达式。 （下表中给出了标记和表达式的例子。） 使用这个表中的例子，我们就可以编一个字数统计的程序了。 我们的第一个任务就是说明如何声明标记。

声明举例：

标记	相关表达式	含义
数字(number)	([0-9])+	1个或多个数字
字符(chars)	[A-Za-z]	任意字符
空格(blank)	" "	一个空格
字(word)	(chars)+	1个或多个 chars
变量(variable)	(字符)+(数字)*(字符)*(数字)*

Lex 编程可以分为三步：

1. 以 Lex 可以理解的格式指定模式相关的动作。
2. 在这一文件上运行 Lex，生成扫描器的 C 代码。
3. 编译和链接 C 代码，生成可执行的扫描器。

下面给出一些高级的Lex：

yyin	FILE* 类型。它指向 lexer 正在解析的当前文件。
yyout	FILE* 类型。它指向记录 lexer 输出的位置。缺省情况下，yyin 和 yyout 都指向标准输入和输出。
yytext	匹配模式的文本存储在这一变量中（char*）。
yyleng	给出匹配模式的长度。
yylineno	提供当前的行数信息。（lexer不一定支持。）

 

yylex()	这一函数开始分析。它由 Lex 自动生成。
yywrap()	这一函数在文件（或输入）的末尾调用。如果函数的返回值是1，就停止解析。因此它可以用来解析多个文件。代码可以写在第三段，这就能够解析多个文件。方法是使用 yyin 文件指针（见上表）指向不同的文件，直到所有的文件都被解析。最后，yywrap() 可以返回 1 来表示解析的结束。
yyless(int n)	这一函数可以用来送回除了前?n? 个字符外的所有读出标记。
yymore()	这一函数告诉 Lexer 将下一个标记附加到当前标记后。

2.2.2 词法分析

Lex编译器将输入的模式转换成一个状态转换图，并生成相应的实现代码，并存放到文件lex.yy.c中，这些代码模拟了状态转换图。

在 linux 下，使用的是 flex 工具，与 lex 相同。

词法分析需要修改 GCC 源码，这里就不叙述了。

可以查看书籍《深入分析 GCC》第 4.5.2 节