Slide 1/42 ΗΥ – 340 Γλώσσες και Μεταφραστές Φροντιστήριο Εισαγωγή στο Flex.

Παρουσίαση με θέμα: "Slide 1/42 ΗΥ – 340 Γλώσσες και Μεταφραστές Φροντιστήριο Εισαγωγή στο Flex."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 slide 1/42 ΗΥ – 340 Γλώσσες και Μεταφραστές Φροντιστήριο Εισαγωγή στο Flex

2 slide 2/42 Τι είναι το Flex ● Μία γεννήτρια λεξικογραφικών αναλυτών – Παράγει λεξικογραφικούς αναλυτές στις γλώσσες C/C++ (target language)

3 slide 3/42 Γενικά Χαρακτηριστικά του Flex ● Υλοποίηση από την αρχή του “κλασσικού” Lex του AT&T Unix ● Υπάρχει για όλα τα διαδεδομένα λειτουργικά συστήματα (πχ. GNU/Linux, Solaris, Mac OS-X, Win32) ● Παράγει πολύ γρήγορους λεξικογραφικούς αναλυτές – Flex σημαίνει “Fast”- Lex...

4 slide 4/42 Περιγραφή ενός λεξικογραφικού αναλυτή στη γλώσσα του lex/flex Για την περιγραφή ενός λεξικογραφικού αναλυτή στο flex/lex, χρησιμοποιούνται – Κανονικές εκφράσεις (regular expressions ή regex) που περιγράφουν τα λεξικογραφικά πρότυπα μιας γλώσσας – Actions, δηλαδή κώδικας σε μία γλώσσα προγραμματισμού που εκτελείται όταν αναγνωριστεί μια κανονική έκφραση (στην οποία αντιστοιχεί το action)

5 slide 5/42 Κανονικές Εκφράσεις(1/8) ● x - αναγνωρίζει τον χαρακτήρα x και μόνο αυτόν ● “abcd...” - αναγνωρίζει την ακολουθία χαρακτήρων abcd... ●. - (τελεία) αναγνωρίζει οποιονδήποτε χαρακτήρα ή σύμβολο πλην του newline ● [xyz] – αναγνωρίζει οποιονδήποτε (έναν μόνο) από τους χαρακτήρες που βρίσκονται μέσα στο σύνολο. Δηλαδή ή το x ή το y ή το z

6 slide 6/42 Κανονικές Εκφράσεις(2/8) ● [ab-e] – αναγνωρίζει τους χαρακτήρες a ή b ή c ή d ή e. Δηλαδή ο συμβολισμός b-e δημιουργεί μία ακολουθία χαρακτήρων που ξεκινούν από το b και καταλήγουν στο e σύμφωνα με το ascii char set. ● [^ab-e] – Όταν το σύμβολο ^ εμφανίζεται στην αρχή του συνόλου σημαίνει την ΑΡΝΗΣΗ του συνόλου. Δηλαδή το παραπάνω αναγνωρίζει ΟΛΟΥΣ τους χαρακτήρες, εκτός από τους a, b, c, d, e.

7 slide 7/42 Κανονικές Εκφράσεις(3/8) ● r* - kleen star, αναγνωρίζει καμία ή περισσότερες επαναλήψεις της κανονικής έκφρασης 'r' – παράδειγμα ● η a* περιγράφει τα ε, a, aa, aaaa, aaaaaaaaaaaa,... ● η [ab-e]* περιγράφει τα ε, a, c, ac, cab, bbbe, cbaead… ● r+ - αναγνωρίζει μία ή περισσότερες επαναλήψεις της κανονικής έκφρασης r – παράδειγμα ● η a+ περιγράφει τα a, aa, aaaa, αλλά όχι το ε ● η [ab-e]* περιγράφει τα a, c, ac, cab, bbbe, cbaead…

8 slide 8/42 Κανονικές Εκφράσεις(4/8) ● r? - αναγνωρίζει μία ή καμία επανάληψη της κανονικής έκφρασης r (διαβάζεται ως προαιρετικό r) ● r{i, j} – 0 < i < j, αναγνωρίζει i, i+1, i+2,..., j-1, j επαναλήψεις της κανονικής έκφρασης r – παράδειγμα ● η.{2, 3} περιγράφει τις “λέξεις” που αποτελούνται από 2 ή 3 χαρακτήρες, πχ. ant, ///,..., 3/2, 23, 2b, or, not,... ● r{i,} - 0 < i, αναγνωρίζει i ή περισσότερες επαναλήψεις της κανονικής έκφρασης r

9 slide 9/42 Κανονικές Εκφράσεις(5/8) ● r{i} – 0 < i, αναγνωρίζει i ακριβώς επαναλήψεις της κανονικής έκφρασης r ● rs – αναγνωρίζει τις ακολουθίες που αναγνωρίζει η συνένωση των κανονικών εκφράσεων r και s (concatenation) – παράδειγμα ● Η abc αναγνωρίζει την abc ● H [a-z]”foo”[1-3] αναγνωρίζει όλες τις λέξεις 5 χαρακτήρων που ξεκινούν με πεζό γράμμα, περιέχουν το string “foo” και τελειώνουν με έναν αριθμό από το 1 μέχρι το 3, πχ. afoo1, lfoo3,...

10 slide 10/42 Κανονικές Εκφράσεις(6/8) ● (r) – οι παρενθέσεις γύρω από μία κανονική έκφραση r, απλώς αλλάζουν την προτεραιότητα εφαρμογής των τελεστών – παράδειγμα ● Η abc+ αναγνωρίζει τις abc, abcc, abcccccc,... ● Ενώ η (abc)+ αναγνωρίζει τις abc, abcabc,... ● Επίσης η “abc”+ αναγνωρίζει τις ίδιες ακολουθίες χαρακτήρων που αναγνωρίζει και η (abc)+ ● r|s – ικανοποιείται από τις ακολουθίες συμβόλων που ικανοποιούν την r ή τις ακολουθίες που ικανοποιούν την s όχι και τις δύο (xor).

11 slide 11/42 Κανονικές Εκφράσεις (7/8) – παράδειγμα ● Η (”abc” | “ABC”){2,3} αναγνωρίζει τις abcabc, abcABC, ABCABC, abcabcabc,... ● ^r – ικανοποιείται όταν ικανοποιείται η r και η ακολουθία που την ικανοποιεί βρίσκεται στην αρχή της γραμμής ● r$ – ικανοποιείται όταν ικανοποιείται η r και η ακολουθία που την ικανοποιεί βρίσκεται στο τέλος της γραμμής

12 slide 12/42 Κανονικές Εκφράσεις(8/8) ● \\, \”, \(, \), \*, \+, \[, \], \$, \^, \{, \},... οι ίδιοι οι χαρακτήρες \, ”, (, *,... (escaped) ● Οι κανονικές εκφράσεις παρατέθηκαν σύμφωνα με την προτεραιότητά τους (από την υψηλότερη προς την χαμηλότερη). – Παραδειγμα: ● Η foo|bar* είναι ισοδύναμη με την (foo)|(ba(r*)), επειδή ο τελεστής '*' έχει μεγαλύτερη προτεραιότητα από την παράθεση και αυτή από το τελεστή '|' (alternation).

13 slide 13/42 Προκαθορισμένες κλάσεις χαρακτήρων ● Το flex υποστηρίζει κάποιες προκαθορισμένες κλάσεις χαρακτήρων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κανονικές εκφράσεις. Ο συμβολισμός των κλάσεων αυτών έχει τη μορφή [:Χ:], όπου 'Χ' το όνομα της κλάσης. ● Συγκεκριμένα οι χαρακτήρες της κάθε κλάσης, ικανοποιούν τις συναρτήσεις 'isX(int c)' της επικεφαλίδας “ctype.h”. Οι κυριότερες από αυτές είναι:

14 slide 14/42 Προκαθορισμένες κλάσεις χαρακτήρων ● [:alnum:] - όλα τα αλφαριθμητικά: [a-zA-Z0-9] στο c (default) locale ● [:alpha:] - όλα τα γράμματα του αλφαβήτου: [a-zA-Z] στο c locale ● [:digit:] - όλα τα ψηφία του δεκαδικού συστήματος: [0-9] ● [:lower:] - όλα τα πεζά γράμματα του αλφαβήτου: [a-z] ● [:upper:] - όλα τα κεφαλαία γράμματα του αλφαβήτου: [A-Z] ● [:print:] - όλοι οι εκτυπώσιμοι χαρακτήρες ● [:space:] - όλοι οι χαρακτήρες whitespace ● [:xdigit:] - όλα τα ψηφία του δεκαεξαδικού συστήματος: [0-9a-eA-E]

15 slide 15/42 Δομή ενός προγράμματος (f)lex Ορισμοί % Κανόνες % Κώδικας χρήστη

16 slide 16/42 Τμήμα ορισμών(1/10) ● Σε αυτό το τμήμα, ο χρήστης μπορεί να ορίσει: 1.Κώδικα που θα αντιγραφεί χωρίς αλλαγές στο τελικό αρχείο.c που θα περιέχει τον κώδικα του παραγόμενου λεξικογραφικού αναλυτή 2.Macros (aliases), που υποκαθιστούν μία κανονική έκφραση. 3.Διάφορες παραμέτρους που επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά του παραγόμενου λεξικογραφικού αναλυτή 4.Δήλωση user-defined conditions

17 slide 17/42 Τμήμα ορισμών(2/10) ● Ο κώδικας που θέλουμε να εισάγουμε, θα πρέπει να περικλείεται στα σύμβολα “%{“... “%}” ή στα “%top{“... “}” – Μπορούμε να κάνουμε 'include' headers για να χρησιμοποιήσουμε συναρτήσεις που είναι υλοποιημένες σε μία βιβλιοθήκη – Μπορούμε να υλοποιήσουμε συναρτήσεις που θα χρησιμοποιούνται από τον παραγόμενο συντακτικό αναλυτή

18 slide 18/42 Τμήμα ορισμών(3/10) ● Παράδειγμα:

19 slide 19/42 Τμήμα ορισμών(4/10) ● Σύνταξη: “Όνομα” “Κανονική Έκφραση” ● Ο ορισμός των συντομεύσεων βοηθάει κυρίως – Στην αναγνωσιμότητα του προγράμματος ● Το συμβολικό όνομα “literal” είναι πιο ευανάγνωστο από την αντίστοιχη κανονική έκφραση που πιθανώς το περιγράφει: “\"[^\n"]*\"”

20 slide 20/42 Τμήμα ορισμών(5/10) ● Παράδειγμα

21 slide 21/42 Τμήμα ορισμών(6/10) ● Οι παράμετροι που επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά του παραγόμενου λεξικογραφικού αναλυτή ξεκινούν με το σύμβολο “%option”. Σχεδόν όλοι οι παράμετροι υπάρχουν και σαν command line options – %option header-file=”./scanner.h” ● Αναγκάζει το flex να δημιουργήσει μία επικεφαλίδα που περιέχει τις δηλώσεις για τους τύπους και τις συναρτήσεις που χρησιμοποιούνται από τον παραγόμενο λεξικογραφικό αναλυτή

22 slide 22/42 Τμήμα ορισμών(7/10) – %option noyywrap ● Δεν καλεί τη συνάρτηση “yywrap”, η οποία καλείται από τον παραγόμενο λεξικογραφικό αναλυτή όταν τελειώσει το διάβασμα ενός αρχείου (εάν επιστρέψει 0 συνεχίζει το scanning από την είσοδο) – %option yylineno ● Δηλώνει μία καθολική μεταβλητή με το όνομα “yylineno”, που κρατάει τον αριθμό της τρέχουσας γραμμής του αρχείου εισόδου – %option case-insensitive ● Ο παραγόμενος λεξικογραφικός αναλυτής είναι case insensitive. Δηλαδή η λέξη “ClaSS” θα είναι “ίση” με την λέξη “class”

23 slide 23/42 Τμήμα ορισμών(8/10) – %option reentrant ● Ο παραγόμενος λεξικογραφικός αναλυτής είναι reentrant (βλ. reentrant scanners). Προσοχή αλλάζει ο τρόπος κλήσης της κύριας συνάρτησης του αναλυτή – %option prefix="PREFIX" ● Εξ' ορισμού οι τύποι και οι συναρτήσεις που χρησιμοποιεί ο παραγόμενος λεξικογραφικός αναλυτής έχουν το πρόθεμα “yy” πχ. yylex, yyin, yylineno, yytext, yywrap,... Επομένος αυτή η παράμετρος, αλλάζει το πρόθεμα στο string “PREFIX” – %option nounistd ● Δεν κάνει 'include' την επικεφαλίδα “unistd.h”, η οποία υπάρχει μόνο στα UNIX συστήματα

24 slide 24/42 Τμήμα ορισμών(9/10) ● Ο χρήστης μπορεί να ορίσει δικές του “καταστάσεις” (conditions) και να ενεργοποιεί ορισμένους κανόνες μόνο εάν ο λεξικογραφικός αναλυτής βρίσκεται σε συγκεκριμένη user-defined κατάσταση – Inclusive (start) conditions ● Ορίζονται με την εντολή “%s condition_name” ● Μπορούν να ενεργοποιήσουν όλους τους κανόνες χωρίς “<>” πρόθεμα και αυτούς με πρόθεμα “ ” – Exclusive conditions ● Ορίζονται με την εντολή “%x condition_name” ● Μπορούν να ενεργοποιήσουν μόνο τους κανόνες με πρόθεμα “ ”

25 slide 25/42 Τμήμα ορισμών(10/10) ● Παράδειγμα

26 slide 26/42 Τμήμα κανόνων(1/8) ● Αυτό είναι το κύριο τμήμα του προγράμματος περιγραφής του λεξικογραφικού αναλυτή, αφού σε αυτό καθορίζεται η λειτουργικότητά του τελευταίου ● Σύνταξη: Regular expression { action } – Τα conditions ανάμεσα στα “ ” αναφέρονται στις καταστάσεις που έχει ορίσει ο χρήστης (με “%s” ή “%x”)

27 slide 27/42 Τμήμα κανόνων(2/8) ● Η παράθεση των conditions είναι προαιρετική. Εάν παραληφθούν, ο κανόνας μπορεί να ενεργοποιηθεί είτε από την προκαθορισμένη κατάσταση (INITIAL), είτε από τα inclusive conditions ● Η προκαθορισμένη κατάσταση στην οποία βρίσκεται στην αρχή ο λεξικογραφικός αναλυτής (και η οποία είναι “inclusive”), είναι η INITIAL και μπορεί να συμμετέχει κανονικά στην λίστα των conditions που προηγείται της κανονικής έκφρασης ● Η κατάσταση “ ” είναι συντομογραφία για ΟΛΕΣ τις καταστάσεις που έχει δηλώσει ο χρήστης και την INITIAL

28 slide 28/42 Τμήμα κανόνων(3/8) ● Μετά από την παράθεση των user-defined καταστάσεων (conditions), ακολουθεί η κανονική έκφραση η οποία όταν ικανοποιηθεί ενεργοποιεί τον κανόνα – Η κανονική έκφραση μπορεί να περιλαμβάνει ή να αποτελείται αποκλειστικά από τα macros που έχουν δηλωθεί στο τμήμα ορισμών, τα οποία θα πρέπει να περικλείονται στα σύμβολα “{“, “}”, πχ. {comment} – Το ειδικό σύμβολο “ >” ικανοποιείται όταν τελειώσει η ανάγνωση του τρέχοντος αρχείου

29 slide 29/42 Τμήμα κανόνων(4/8) ● Τέλος, όταν ικανοποιηθεί η δήλωση των καταστάσεων ΚΑΙ η κανονική έκφραση που ακολουθεί, ο κανόνας ενεργοποιείται. ● Αυτό σημαίνει ότι εκτελείται ο κώδικας που υπάρχει δεξιά της κανονικής έκφρασης – Εάν ο κώδικας καταλαμβάνει πάνω από μία γραμμή, θα πρέπει να περικλείεται σε “{“, “}” – Οι κυριότερες συναρτήσεις και μεταβλητές του παραγόμενου λεξικογραφικού αναλυτή που είναι διαθέσιμα και μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τους κανόνες είναι:

30 slide 30/42 Τμήμα κανόνων(5/8) ● yytext ένας pointer σε char (ή char array στον κλασσικό lex) που περιέχει το κομμάτι του κειμένου που έχει ικανοποιήσει την κανονική έκφραση ● yyleng ένας ακέραιος που δηλώνει το μέγεθος του yytext ● BEGIN(condition_name) αναγκάζει τον λεξικογραφικό αναλυτή να μεταβεί στην κατάσταση που έχει ορίσει ο χρήστης με το όνομα “condition_name” ● ECHO αντιγράφει τα περιεχόμενα του yytext στην έξοδο ● REJECT εξαναγκάζει τον λεξικογραφικό αναλυτή να ενεργοποιήσει τον “δεύτερο καλύτερο” κανόνα – Προσοχή: Η χρήση του REJECT σε οποιονδήποτε κανόνα κάνει πολύ πιο αργό ολόκληρο τον λεξικογραφικό αναλυτή ● input() διαβάζει και επιστρέφει τον επόμενο χαρακτήρα από την ακολουθία εισόδου (look-ahead) ● unput(c) τοποθετεί τον χαρακτήρα c στην ακολουθία εισόδου. Έτσι ο επόμενος χαρακτήρας που θα διαβάσει ο λεξικογραφικός αναλυτής, θα είναι ο c

31 slide 31/42 Τμήμα κανόνων(6/8) ● Όταν παραπάνω από ένας κανόνας ικανοποιείται τότε επιλέγεται αυτός που καταναλώνει τους περισσότερους χαρακτήρες. ● Εάν βρεθούν δύο ή παραπάνω κανόνες που καταναλώνουν τον ίδιο αριθμό χαρακτήρων, τότε επιλέγεται αυτός που έχει δηλωθεί πρώτος στο lex αρχείο.

32 slide 32/42 Τμήμα κανόνων(7/8) ● Παράδειγμα

33 slide 33/42 Τμήμα κανόνων(8/8) ● Παράδειγμα

34 slide 34/42 Τμήμα κώδικα χρήστη(1/2) ● Το τμήμα κώδικα χρήστη είναι προαιρετικό – Όταν αυτό παραλειφθεί, μπορεί να παραλειφθεί και το δεύτερο σύμβολο “%” – Σκοπός της είναι μόνο η εύκολη και άμεση προσθήκη υλοποιήσεων των συναρτήσεων που χρησιμοποιούνται στον παραγόμενο λεξικογραφικό αναλυτή – Ό, τι προστίθεται σε αυτό το τμήμα, αντιγράφεται χωρίς αλλαγές στο παραγόμενο αρχείο.c που περιέχει τον κώδικα του λεξικογραφικού αναλυτή

35 slide 35/42 Τμήμα κώδικα χρήστη(1/2) ● Παράδειγμα

36 slide 36/42 Ένας ολοκληρωμένος λεξικογραφικός αναλυτής

37 slide 37/42 Διαδικασία για την παραγωγή του τελικού προγράμματος scanner.l Meta compiler για λεξικογραφικούς αναλυτές (flex/lex) scanner.c C/C++ Compiler εκτελέσιμο: scanner βιβλιοθήκες

38 slide 38/42 Είσοδος από c strings και char buffers ● Ο παραγόμενος λεξικογραφικός αναλυτής, διαβάζει την ακολουθία χαρακτήρων εξ' ορισμού από τον global FILE* pointer με το όνομα “yyin” (και μπορούμε να τον “κατευθύνουμε” με τον τρόπο που φαίνεται στην main() του αρχείου scanner.l του προηγούμενου σχήματος)

39 slide 39/42 Είσοδος από c strings και char buffers ● Πολλές φορές όμως δε θέλουμε να διαβάζουμε την ακολουθία χαρακτήρων προς επεξεργασία από αρχεία (FILE* pointers) – Θέλουμε να διαβάζουμε χαρακτήρες από το δίκτυο – Θέλουμε να διαβάζουμε χαρακτήρες που υπάρχουν σε memory buffers ● Έτσι, για να διαβάσει ο παραγόμενος λεξικογραφικός αναλυτής μία ακολουθία από χαρακτήρες που βρίσκονται στη μνήμη (NULL terminated char* pointers, buffers)

40 slide 40/42 Είσοδος από c strings και char buffers – Πριν καλέσουμε τη συνάρτηση yylex(), θα πρέπει να καλέσουμε ● Την συνάρτηση yy_scan_string(const char* str) για να διαβάσουμε από το string str ● Την συνάρτηση yy_scan_bytes(char* buffer, size_t size) για να διαβάσουμε από ένα buffer μεγέθους size ● Οι συναρτήσεις αυτές επιστρέφουν ένα handle τύπου YY_BUFFER_STATE το οποίο θα πρέπει να “ελευθερώσουμε” όταν θα έχει ολοκληρωθεί το scanning, μέσω της συνάρτησης yy_delete_buffer(YY_BUFFER_STATE buffer)

41 slide 41/42 Παράδειγμα Προσοχή Τι θα γινόταν εάν η σειρά των κανόνων ήταν διαφορετική;

42 slide 42/42 Παραπομπές ● Flex Home Page – http://www.gnu.org/software/flex ● Flex Manual – http://www.gnu.org/software/flex/manual/