linux flex是什么

在linux中，flex是一个词法分析工具，能够识别文本中的词法模式；Flex读入给定的输入文件，如果没有给定文件名的话，则从标准输入读取，从而获得一个关于需要生成的扫描器的描述。

本教程操作环境：linux5.9.8系统、Dell G3电脑。

flex:词法分析器

flex是一个词法分析器。用来将一个.l文件生成一个.c程序文件。即生成一个词法分析器。然后读取输入，和正则表达式匹配，再执行相应的动作，实现了程序的功能。我们可以发现flex实现在程序外部就可以接受输入的功能。

Flex是一个生成扫描器的工具，能够识别文本中的词法模式。Flex 读入给定的输入文件，如果没有给定文件名的话，则从标准输入读取，从而获得一个关于需要生成的扫描器的描述。此描述叫做规则，由正则表达式和 C代码对组成。Flex 的输出是一个 C 代码文件——lex.yy.c——其中定义了yylex() 函数。编译输出文件可以生成一个可执行文件。当运行可执行文件的时候，它分析输入文件，为每一个正则表达式寻找匹配。当发现一个匹配时，它执行与此正则表达式相关的C代码。Flex 不是GNU工程，但是GNU为Flex 写了手册。

用法

• 安装 flex

sudo apt-get install flex
//或者下载相应版本的安装文件安装

• 然后新建一个文本文件，输入以下内容：

%%
[0-9]+  printf(?);
#       return 0;
.       ECHO;
%%
int main(int argc, char* argv[]) {
    yylex();
    return 0;
}
int yywrap() { 
    return 1;
}

将此文件另存为 hide-digits.l 。注意此文件中的 %% 必须在本行的最前面（即 %% 前面不能有任何空格）。

• 之后，在终端输入：

flex hide-digits.l

• 此时目录下多了一个 “lex.yy.c” 文件，把这个 C 文件编译并运行一遍：

 gcc -o hide-digits lex.yy.c
./hide-digits

然后在终端不停的敲入任意键并回车，可以发现，敲入的内容中，除数字外的字符都被原样的输出了，而每串数字字符都被替换成 ? 了。最后敲入 # 后程序退出了。如下：

eruiewdkfj
eruiewdkfj
1245
?
fdsaf4578
fdsaf?
...
#

• 当在命令行中运行 flex 时，第二个命令行参数（此处是 hide-digits.l ）是提供给 flex 的分词模式文件， 此模式文件中主要是用户用正则表达式写的分词匹配模式，用flex 会将这些正则表达式翻译成 C 代码格式的函数 yylex ，并输出到 lex.yy.c 文件中，该函数可以看成一个有限状态自动机。

• 当在命令行中运行 flex 时，第二个命令行参数（此处是 hide-digits.l ）是提供给 flex 的分词模式文件， 此模式文件中主要是用户用正则表达式写的分词匹配模式，用flex 会将这些正则表达式翻译成 C 代码格式的函数 yylex ，并输出到 lex.yy.c 文件中，该函数可以看成一个有限状态自动机。

• 下面再来详细解释一下 hide-digits.l 文件中的代码，首先第一段是：

%%
[0-9]+  printf(?);
#       return 0;
.       ECHO;
%%

• flex 模式文件中，用%% 和 %%做分割， 上面分割的内容被称为 规则（rules），本文件中每一行都是一条规则，每条规则由 匹配模式（pattern） 和 事件（action） 组成， 模式在前面，用正则表达式表示，事件在后面，即 C 代码。每当一个模式被匹配到时，后面的 C 代码被执行。

• flex 会将本段内容翻译成一个名为 yylex 的函数，该函数的作用就是扫描输入文件（默认情况下为标准输入），当扫描到一个完整的、最长的、可以和某条规则的正则表达式所匹配的字符串时，该函数会执行此规则后面的 C 代码。如果这些 C 代码中没有 return 语句，则执行完这些 C 代码后， yylex 函数会继续运行，开始下一轮的扫描和匹配。

• 当有多条规则的模式被匹配到时， yylex 会选择匹配长度最长的那条规则，如果有匹配长度相等的规则，则选择排在最前面的规则。

int main(int argc, char *argv[]) {
    yylex();
    return 0;
}
int yywrap() { return 1; }

• 第二段中的 main 函数是程序的入口， flex 会将这些代码原样的复制到 lex.yy.c 文件的最后面。最后一行的 yywrap 函数， flex 要求有这么一个函数。

示例

word-spliter.l

%{
#define T_WORD 1
int numChars = 0, numWords = 0, numLines = 0;
%}
WORD([^ \t\n\r\a]+)
%%
\n{ numLines++; numChars++; }
{WORD}{ numWords++; numChars += yyleng; return T_WORD; }
<<EOF>>{ return 0; }
.{ numChars++; }
%%
int main() {
int token_type;
while (token_type = yylex()) {
printf(WORD:\t%s\n, yytext);
}
printf(\nChars\tWords\tLines\n);
printf(%d\t%d\t%d\n, numChars, numWords, numLines);
return 0;
}
int yywrap() {
return 1;
}

本例中使用到了 flex 提供的两个全局变量 yytext 和 yyleng，分别用来表示刚刚匹配到的字符串以及它的长度

编译执行

flex word-spliter.l
gcc -o word-spliter lex.yy.c
./word-spliter < word-spliter.l
输出：
WORD:       %{
WORD:       #define
...
WORD:       }
Chars       Words   Lines
470 70      27

可见此程序其实就是一个原始的分词器，它将输入文件分割成一个个的 WORD 再输出到终端，同时统计输入文件中的字符数、单词数和行数。此处的 WORD 指一串连续的非空格字符。

扩展

（1） 列出所需的所有类型的 token；

（2） 为每种类型的 token 分配一个唯一的编号，同时写出此 token 的正则表达式；

（3） 写出每种 token 的 rule （相应的 pattern 和 action ）。

第 1 类为单字符运算符，一共 15 种：

+ * - / % = , ; ! < > ( ) { }

第 2 类为双字符运算符和关键字，一共 16 种：

<=, >=, ==, !=, &&, ||
void, int, while, if, else, return, break, continue, print, readint

第 3 类为整数常量、字符串常量和标识符（变量名和函数名），一共 3 种。

拓展后

%{
#include token.h
int cur_line_num = 1;
void init_scanner();
void lex_error(char* msg, int line);
%}
/* Definitions, note: \042 is '' */
INTEGER             ([0-9]+)
UNTERM_STRING       (\042[^\042\n]*)
STRING              (\042[^\042\n]*\042)
IDENTIFIER          ([_a-zA-Z][_a-zA-Z0-9]*)
OPERATOR            ([+*-/%=,;!<>(){}])
SINGLE_COMMENT1     (//[^\n]*)
SINGLE_COMMENT2     (#[^\n]*)
%%
[\n]                { cur_line_num++;                       }
[ \t\r\a]+          { /* ignore all spaces */               }
{SINGLE_COMMENT1}   { /* skip for single line comment */    }
{SINGLE_COMMENT2}   { /* skip for single line commnet */    }
{OPERATOR}          { return yytext[0];         }   
<=                { return T_Le;              }
>=                { return T_Ge;              }
==                { return T_Eq;              }
!=                { return T_Ne;              }
&&                { return T_And;             }
||                { return T_Or;              }
void              { return T_Void;            }
int               { return T_Int;             }
while             { return T_While;           }
if                { return T_If;              }
else              { return T_Else;            }
return            { return T_Return;          }
break             { return T_Break;           }
continue          { return T_Continue;        }
print             { return T_Print;           }
readint           { return T_ReadInt;         }
{INTEGER}           { return T_IntConstant;     }
{STRING}            { return T_StringConstant;  }
{IDENTIFIER}        { return T_Identifier;      }
<<EOF>>             { return 0; }
{UNTERM_STRING}     { lex_error(Unterminated string constant, cur_line_num);  }
.                   { lex_error(Unrecognized character, cur_line_num);        }
%%
int main(int argc, char* argv[]) {
    int token;
    init_scanner();
    while (token = yylex()) {
        print_token(token);
        puts(yytext);
    }
    return 0;
}
void init_scanner() {
    printf(%-20s%s\n, TOKEN-TYPE, TOKEN-VALUE);
    printf(-------------------------------------------------\n);
}
void lex_error(char* msg, int line) {
    printf(\nError at line %-3d: %s\n\n, line, msg);
}
int yywrap(void) {
    return 1;
}

上面这个文件中，需要注意的是，正则表达式中，用双引号括起来的字符串就是原始字符串，里面的特殊字符是不需要转义的，而双引号本身必须转义（必须用 \” 或 \042 ），这是 flex 中不同于常规的正则表达式的一个特性。

除单字符运算符外的 token 的编号则在下面这个 token.h 文件，该文件中同时提供了一个 print_token 函数，可以根据 token 的编号打印其名称。

#ifndef TOKEN_H
#define TOKEN_H
typedef enum {
    T_Le = 256, T_Ge, T_Eq, T_Ne, T_And, T_Or, T_IntConstant,
    T_StringConstant, T_Identifier, T_Void, T_Int, T_While,
    T_If, T_Else, T_Return, T_Break, T_Continue, T_Print,
    T_ReadInt
} TokenType;
static void print_token(int token) {
    static char* token_strs[] = {
        T_Le, T_Ge, T_Eq, T_Ne, T_And, T_Or, T_IntConstant,
        T_StringConstant, T_Identifier, T_Void, T_Int, T_While,
        T_If, T_Else, T_Return, T_Break, T_Continue, T_Print,
        T_ReadInt
    };
    if (token < 256) {
        printf(%-20c, token);
    } else {
        printf(%-20s, token_strs[token-256]);
    }
}
#endif

makefile

out: scanner
scanner: lex.yy.c token.h
gcc -o $@ $<
lex.yy.c: scanner.l
flex $<

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