Mac下利用Flex和Bison实现控制台计算器

简介

我们借助Flex和Bison对给定的表达式进行词法和语法分析,并在语法分析的同时完成相应的计算。

用 Flex 和 Bison 实现一个功能更为强大的计算器,包含以下运算:

  • a) 加、减、乘、除运算
  • b) 乘方、开方运算
  • c) 位运算– 与 & 、或 |、非 ~
  • d) 阶乘运算 !
  • e)三角运算sin cos tan

LexYaccunix系统上面的词法和语法分析的自动化处理工具,http://dinosaur.compilertools.net/上有对两者详细的介绍。后人在此基础之上开发了基本兼容的版本FlexBison

Flex使用手册:http://tinf2.vub.ac.be/~dvermeir/courses/compilers/flex/flex_toc.html

Bison使用手册:http://www.gnu.org/software/bison/manual/index.html


环境配置

环境类Unix系统:macOS 10.14.2

由于Unix系统自带yacc,因此需要配置bison与flex软件包。

在从App Store上下载Xcode后,默认是不会安装Command Line Tools的,Command Line Tools是在Xcode中的一款工具,可以在命令行中运行C程序。为了配置编译原理的环境,我们需要安装Xcode Command Line Tools。

在终端中输入以下命令:xcode-select –install ,按回车;

随后下载完毕,查看Xcode Command Line Tools中的程序,可以看到存在bison和flex两个文件。

接下来就可以进行计算器的编写。

查看bison的信息:

可以看到此时的bison版本为2.3


代码编写

  • 新建一个文件夹用来存放编写的文件。
  • 词法分析flex的使用
  • 定义一个flex的输入文件,描述词法。该文件以.l结尾,可以分成三个部分。
1 %{ 到 }% 标记的部分。

此部分会原封不动的复制到flex的生成代码中。

文件开头定义了一个YYSTYPE宏。

每个TOKEN可以有一个lval值属性,

YYSTYPE定义类型就是token的lval的类型。

_EasyTData是我们的web服务层和web页面层公用的通用数据结构。

另外包括一些include的头文件

2 从 % } 到 % % 之间的部分,

这部分用正则表达式定义了一些数据类型。

比如int num string ignore_char identifier等。

注意这里使用的正则表达式的形式是ERE而不是BRE。

ERE与BRE比较明显的区别就是,

ERE使用+表示字符重复一次以上,*表示字符重复0次以上。

BRE使用{1,}这种方式表示字符重a

3 文件的第三部分,是% % 到% % 的部分。

这里定义了词法分析器在解析的处理动作。

yytext是一个flex内部的标识符,表示匹配到的字符串。

上文介绍了,lval也是一个内部标识符,表示TOKEN的值。

json2tdata_是标识符的前缀, 在执行flex的时候,用-P指定。

a.l文件代码:

  • 用flex程序处理这个文件,生成对应的C语言源代码文件yy.c

处理命令:flex a.l

该文件较长,在此便不再贴出内容。


  • 语法分析器bison的使用
  • 写bison文件,以.y作为后缀名结尾,和flex的词法分析输入文件类似,bison的输入文件也是分成3部分(不是巧合)
1 第一部分% {和% }之间,是原封不动拷贝到输出的C语言源文件中的。

json2tdata_lex这个函数是flex生成的。

json2tdata_error是用来处理错误信息的函数。

通过定义和实现这个函数你可以把错误信息写到任何地方。

与flex类似,json2tdata也是自定义的前缀。

2 %token INT NUM STRING R_BRACKET COLON

SEMICOLON COMMA IDENTIFIER TRUE FALSE NIL这一行,

这一行的作用就是声明在flex中定义的那些TOKEN。

3 % %  % %包围的部分。

这部分就是语法的推导过程。

可以比较轻松的看出,这部分主要就是采用BNF对语法进行描述。

比如Array, 它有两种形式。

第一种是 L_BRACKET ELEMENTS R_BRACKET,

第二种则是L_BRACKET R_BRACKET,

这表示一个空的Array。

Bison能够完全支持LR(1)文法。

这种文法的特点是只要多向前看一个TOKEN,

就能够决定如何解析。

因此如果bison告诉你语法ambiguous的时候,

可以想一想如何把自己的文法改成LR(1)型文法。

另外,每一条规则的后面可以用{}来定义解析的动作

bison用$$表示规则左边的对象,

用$1 $2 $3 等依次表示规则右边的对象。

a.y代码:

  • 在终端执行命令生成两个文件

bison -d a.y

或者执行bison -o calc.tab.h calc.y生成三个文件,   本文采取第一种做法。


联合编译

在终端输入下面的命令:

cc lex.yy.c a.tab.c

执行后将会生成可执行的a.out文件,最终所有文件如下所示:

所有指令:


验证结果

在终端输入:./a.out

  • 基本人机交互界面:

  • 基本四则运算

  • 括号运算


遇到的难点和解决方案

  • 环境的配置

由于macOS与windows不同,因此需要针对特殊问题进行特殊处理,从http://www.itdaan.com/keywords/Flex+Bison+Using+flex+on+OSX+%E5%9C%A8mac%E4%B8%8A%E4%BD%BF%E7%94%A8Flex.html网站中学习,问题得到了解决。

  • 代码修改

从网址https://blog.csdn.net/qq_35208390/article/details/78249181

中了解,将简单的计算器修改为复杂的计算器需要从以下几个部分进行修改:

运算符合三角函数部分需要用正则表达式在a.l文件中修改。

另外需要在a.y文件中对不同的操作符进行定义。

  • 最后在编译的过程中要注意标点符号的使用,注意执行的语句不能包含中文字符逗号等,另外一定要引用math库函数,否则无法进行高级数学表达式运算。

 

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