Mac下利用Flex和Bison实现控制台计算器

发布于

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

Lex和Yacc是unix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Flex和Bison。

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：

代码语言：javascript
复制
%{
    /*
     *  2018 Calculation
     */
    int yywrap();
    #define YYSTYPE double
    void yyerror(char*);
    #include "a.tab.h"
%}

%%


 /* a-z为变量 */   



[a-z]   {

yylval = yytext - 'a';

return VARIABLE;

}

/16进制数/

0x.?[a-f0-9]+|0x[a-f0-9]+.[a-f0-9] {

yylval=atof(yytext);

return HEXADECIMAL;

}


/* 实数部分 */



.?[0-9]+|[0-9]+.[0-9]*    {

yylval = atof(yytext);

return INTEGER;

}


/* 运算符 */



[-+()=/*&|~!^@\n]  {return *yytext;}


/* 三角函数 */



sin {

return SIN;

}


cos {

return COS;

}

tan {

return TAN;

}

/* 空白被忽略 */

[ \t]    ;


/* 其他字符都是非法的 */



.    yyerror("警告！输入无效ERROR！");


%%

int yywrap()

{return 1;}
  • 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：

代码语言：javascript
复制
%token   HEXADECIMAL INTEGER VARIABLE SIN COS TAN

%left    '+' '-'

%left    '*' '/'

%left    '&'

%left    '|'

%left    '^'

%right   '@''~'

%left    '!'


%{


/*for Xcode /

/  #define  STDC   0   */


#include <stdio.h>   
#include <math.h>
#define YYSTYPE double
#define pi 3.1415926 
void yyerror(char*);
int yylex(void);

double sym[26];



%}


%%

program:

program statement '\n'

|

;

statement:

expr    {printf("=%lf\n[calculation]:$ ", $1);}

|VARIABLE '=' expr    {sym[(int)$1] = $3;}

;

expr:

INTEGER

|HEXADECIMAL

|VARIABLE{

 = sym[(int)$1];}
|expr '+' expr    {

 = $1 + $3;}

|expr '-' expr    {

 = $1 - $3;}
|expr '*' expr    {

 = $1 * $3;}

|expr '/' expr    {

 = $1 / $3;}
|expr '&' expr    {

 = (int)$1 & (int)$3;}

|expr '|' expr    {

 = (int)$1 | (int)$3;}
|'~' expr         {

 = ~(int)$2;}

|'@' expr         {

 = sqrt($2);}
|expr '@' expr    {

 = $1*sqrt($3);}

|expr '!'         {int i=1,s=1;for(;i<=$2;i++)s*=i;

=s;}
|expr &#39;^&#39; expr    {

=pow($1,$3);}

|'('expr')'       {

 = $2;}
|SIN&#39;(&#39;expr&#39;)&#39;       {

 = sin($3*pi/180.0);}

|COS'('expr')'       {

 = cos($3*pi/180.0);}
|TAN&#39;(&#39;expr&#39;)&#39;       {

 = tan($3*pi/180.0);}

;


%%


void yyerror(char* s)

{

fprintf(stderr, "---%s\n", s);

}


int main(void)

{

printf("计算器\n支持的运算符：+-/&|~!^@ \n");

printf("+: 加法 2+3 \n");

printf("-: 减法 2-3 \n");

printf(": 乘法 2*3 \n");

printf("/: 除法 2/3 \n");

printf("！: 阶乘 2！\n");

printf("^: 乘方  2^3 \n");

printf("^: 开方  2@3 \n");

printf("&: 与 2&3 结果为二进制转化的十进制数\n");

printf("|: 或 2|3 结果为二进制转化的十进制数\n");

printf("~: 非 2|3 结果为二进制转化的十进制数\n");

printf("sin: 正弦值  sin(30) 单位为rad \n");

printf("sin: 余弦值  cos(30) 单位为rad \n");

printf("tan: 正切值  tan(30) 单位为rad \n");

yyparse();

return 0;

}
  • 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。

#xcode#http#html#正则表达式