【编译原理】手工打造词法分析器

难点：

• 如何拆词？如何定义分隔符？
• 匹配的优先级是什么？

关键点：

• 有限自动机
• 元素拆分

解析 age >= 45#

为了入门字词是如何拆分识别的，我们举一个最简单的例子age >= 45

• 只有三种类型：标识符（age）、大于号（GE）、数字字面量（IntLiteral）
• 使用空格分隔不同的元素

思路：

• 从左到右依次读取字符串
• 使用有限自动机，根据读到的字符进行状态转换，状态机如下

先上代码，理解一下上述过程，也可以调试进去看看执行的逻辑是什么样的。
SimpleToken.java

/**
 * Token的一个简单实现。只有类型和文本值两个属性。
 */
public final class SimpleToken implements Token {
    //Token类型
    public TokenType type = null;

    //文本值
    public String text = null;


    @Override
    public TokenType getType() {
        return type;
    }

    @Override
    public String getText() {
        return text;
    }
}

public interface Token{
    public TokenType getType();
    public String getText();
}

SimpleTokenReader

public class SimpleTokenReader implements TokenReader {
    List tokens = null;
    int pos = 0;

    public SimpleTokenReader(List tokens) {
        this.tokens = tokens;
    }

    @Override
    public Token read() {
        if (pos < tokens.size()) {
            return tokens.get(pos++);
        }
        return null;
    }

    @Override
    public Token peek() {
        if (pos < tokens.size()) {
            return tokens.get(pos);
        }
        return null;
    }

    @Override
    public void unread() {
        if (pos > 0) {
            pos--;
        }
    }

    @Override
    public int getPosition() {
        return pos;
    }

    @Override
    public void setPosition(int position) {
        if (position >=0 && position < tokens.size()){
            pos = position;
        }
    }
}


public interface TokenReader{
    public Token read();
    public Token peek();
    public void unread();
    public int getPosition();
    public void setPosition(int position);
}

MyLexer.java

public class MyLexer {
    private StringBuffer tokenText = null;   //临时保存token的文本
    private List tokens = null;       //保存解析出来的Token
    private SimpleToken token = null;        //当前正在解析的Token


    public static void main(String[] args) {
        MyLexer lexer = new MyLexer();

        String script = "age >= 45";
        System.out.println("parse: " + script);
        SimpleTokenReader tokenReader = lexer.tokenize(script);
        dump(tokenReader);
    }

    //是否是字母
    private boolean isAlpha(int ch) {
        return ch >= 'a' && ch <= 'z' || ch >= 'A' && ch <= 'Z';
    }

    //是否是数字
    private boolean isDigit(int ch) {
        return ch >= '0' && ch <= '9';
    }

    //是否是空白字符
    private boolean isBlank(int ch) {
        return ch == ' ' || ch == '\t' || ch == '\n';
    }

    // 有限状态机的各种状态。
    private enum DfaState {
        Initial,

        Id, GT, GE,

        IntLiteral
    }

    /**
     * 有限状态机进入初始状态。
     * 这个初始状态其实并不做停留，它马上进入其他状态。
     * 开始解析的时候，进入初始状态；某个Token解析完毕，也进入初始状态，在这里把Token记下来，然后建立一个新的Token。
     */
    private DfaState initToken(char ch) {
        if (tokenText.length() > 0) {
            token.text = tokenText.toString();
            tokens.add(token);

            tokenText = new StringBuffer();
            token = new SimpleToken();
        }

        DfaState newState = DfaState.Initial;
        if (isAlpha(ch)) {              //第一个字符是字母
            newState = DfaState.Id; //进入Id状态
            token.type = TokenType.Identifier;
            tokenText.append(ch);
        } else if (isDigit(ch)) {       //第一个字符是数字
            newState = DfaState.IntLiteral;
            token.type = TokenType.IntLiteral;
            tokenText.append(ch);
        } else if (ch == '>') {         //第一个字符是>
            newState = DfaState.GT;
            token.type = TokenType.GT;
            tokenText.append(ch);
        } else {
            newState = DfaState.Initial; // skip all unknown patterns
        }
        return newState;
    }


    /**
     * 解析字符串，形成Token。
     * 这是一个有限状态自动机，在不同的状态中迁移。
     * @param code
     * @return
     */
    public SimpleTokenReader tokenize(String code) {
        tokens = new ArrayList();
        CharArrayReader reader = new CharArrayReader(code.toCharArray());
        tokenText = new StringBuffer();
        token = new SimpleToken();
        int ich = 0;
        char ch = 0;
        DfaState state = DfaState.Initial;
        try {
            while ((ich = reader.read()) != -1) {
                ch = (char) ich;
                switch (state) {
                    case Initial:
                        state = initToken(ch);          //重新确定后续状态
                        break;
                    case Id:
                        if (isAlpha(ch) || isDigit(ch)) {
                            tokenText.append(ch);       //保持标识符状态
                        } else {
                            state = initToken(ch);      //退出标识符状态，并保存Token
                        }
                        break;
                    case GT:
                        if (ch == '=') {
                            token.type = TokenType.GE;  //转换成GE
                            state = DfaState.GE;
                            tokenText.append(ch);
                        } else {
                            state = initToken(ch);      //退出GT状态，并保存Token
                        }
                        break;
                    case IntLiteral:
                        if (isDigit(ch)) {
                            tokenText.append(ch);       //继续保持在数字字面量状态
                        } else {
                            state = initToken(ch);      //退出当前状态，并保存Token
                        }
                        break;
                    default:
                }
            }
            // 把最后一个token送进去
            if (tokenText.length() > 0) {
                initToken(ch);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return new SimpleTokenReader(tokens);
    }

    public static void dump(SimpleTokenReader tokenReader){
        System.out.println("text\ttype");
        Token token = null;
        while ((token= tokenReader.read())!=null){
            System.out.println(token.getText()+"\t\t"+token.getType());
        }
    }

}

不难理解，对吧。
无非就是在 tokenize 函数中挨个读取字符串，根据上面自动机实现的逻辑。
遇到分隔字符（如空格）就会触发 initToken 将前面读取到的字符和类型进行保存。

你可能会有疑问：
搞这么复杂干什么？按空格切分然后再字符串匹配不就行了？

确实可以实现，使用这种方式实现还更简单，但是我们想要做的是一个更通用的处理逻辑。
如果按照提议的方式，对于更复杂的字符串（比如不是空格分隔、空格不一定是分隔符、关键字保留等）那就需要更多的人工逻辑来处理，而且会越来越复杂和难以扩展，很可能一个特例导致需要推倒重来。