C++ 实现简单的脚本词法分析器 _ 状态机跳转与 Token 生成【源码】

千萱大大_6682

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2026-05-09

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原创

词法分析器需通过DFA将字符流切分为Token,包含定义TokenType枚举、Token结构体、源码位置追踪;实现advance/peek/peekNext字符操作;按贪心策略识别单双字符运算符。

c++ 实现简单的脚本词法分析器 _ 状态机跳转与 token 生成【源码】

如果您希望在 C++ 中构建一个轻量级脚本语言的前端组件,词法分析器是解析流程的第一步。它需将输入字符流按规则切分为有意义的 Token,并通过确定性有限状态机(DFA)驱动识别过程。以下是实现该词法分析器的核心步骤:

一、定义 Token 枚举与基础结构

Token 类型决定了后续语法分析可识别的语言成分,需覆盖标识符、字面量、运算符、分隔符等基本类别。每个 Token 实例应携带类型、原始文本、起始行号与列号信息,便于错误定位和调试。

1、声明枚举 class TokenType { IDENTIFIER, NUMBER, PLUS, MINUS, STAR, SLASH, LPAREN, RPAREN, SEMICOLON, EOF };。

2、定义结构体 struct Token { TokenType type; std::string lexeme; int line; int column; };。

3、在词法分析器类中声明私有成员 std::string source; size_t current = 0; int line = 1; int column = 0;。

二、构建字符读取与回退机制

状态机需逐字符推进,同时支持单字符回退以应对多字符 Token(如 == 或 >=)的试探性匹配。peek() 方法用于预览下一个字符而不消耗位置,advance() 则移动 current 并更新 column 计数,遇到换行时同步递增 line。

1、实现 char advance() { if (current >= source.length()) return ''; char c = source[current++]; if (c == ' ') { line++; column = 0; } else { column++; } return c; }。

2、实现 char peek() { if (current >= source.length()) return ''; return source[current]; }。

3、实现 char peekNext() { if (current + 1 >= source.length()) return ''; return source[current + 1]; }。

三、实现单字符与双字符运算符识别

运算符识别依赖于当前字符与下一字符的组合判断。状态机在此处采用“贪心匹配”策略:优先尝试匹配双字符序列(如 !=、

1、在 scanToken() 主循环中,读取当前字符 c = advance()。

2、若 c 为 '+',检查 peek() 是否为 '=';若是,则生成 TokenType::PLUS_EQUAL,否则生成 TokenType::PLUS。

3、若 c 为 '!',检查 peek() 是否为 '=';若是,则生成 TokenType::BANG_EQUAL,否则生成 TokenType::BANG。

4、若 c 为 '=',检查 peek() 是否为 '=';若是,则生成 TokenType::EQUAL_EQUAL,否则生成 TokenType::EQUAL。

5、若 c 为 '',同样按 peek() 结果区分 SINGLE 与 DOUBLE 形式。

四、处理标识符与关键字识别

标识符以字母或下划线开头,后接字母、数字或下划线。识别完成后需查表比对是否为保留字(如 if、while、return),从而赋予对应关键字 Token 类型,而非泛化的 IDENTIFIER。

1、当遇到字母或 '_' 时,循环调用 advance() 直至字符不再满足 isalnum(c) || c == '_'。

2、提取子串 std::string text = source.substr(start, current - start);。

3、使用 std::unordered_map<:string tokentype> keywords = {{"if", IF}, {"else", ELSE}, {"while", WHILE}, {"return", RETURN}}; 进行 O(1) 查找。

4、若命中关键字,返回对应 Token;否则返回 TokenType::IDENTIFIER。

C++14
C++14

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五、解析数字字面量(整数与小数)

数字识别需支持十进制整数(123)、带小数点的浮点数(12.34)以及科学计数法(1.23e-4)的初步结构。状态机在此阶段需区分整数部分、小数点、小数部分及指数部分。

1、检测首字符是否为数字,进入数字识别分支。

2、循环 consumeDigit() 提取整数部分;若遇 '.' 且其后为数字,则继续提取小数部分。

3、若小数点后无数字,报错或按整数处理(取决于设计约束)。

4、若遇到 'e' 或 'E',检查其后是否有可选 '+'/'-' 及至少一位数字,构成指数部分。

5、将完整数字字符串转换为 double 或保留为字符串,生成 TokenType::NUMBER。

六、跳过空白字符与注释

空白字符(空格、制表符、换行)不生成 Token,需被静默跳过。单行注释以 // 开头,需跳过至行尾;多行注释 /* ... */ 需成对匹配,内部可含换行,但不可嵌套。

1、在 scanToken() 循环起始处,若 c 为空白符,直接 continue;若为 ' ',line++ 并 column = 0。

2、若 c 为 '/',检查 peek():若为 '/',则循环 advance() 直至 ' ' 或 EOF;若为 '*',则进入多行注释状态,匹配 '*/' 并跳过中间所有字符。

3、若注释未正常闭合(如 EOF 前未见 '*/'),生成 TokenType::ERROR 且附带 "Unterminated block comment" 提示。

七、主状态机循环与 Token 生成调度

scanToken() 是核心驱动函数,依据当前字符进入不同识别分支。每个分支完成匹配后,构造 Token 并 push 到 tokens 容器;循环持续至 source 耗尽,最终追加一个 TokenType::EOF Token。

1、初始化 while (current

2、使用 switch (c) 分发至各字符处理块:字母走标识符路径,数字走数字路径,/ 走注释或运算符路径,引号走字符串路径等。

3、每个分支末尾调用 tokens.push_back(Token{type, lexeme, line, column});。

4、循环结束后 tokens.push_back(Token{TokenType::EOF, "", line, column});。

八、字符串字面量解析(含转义处理)

双引号包围的字符串需支持常见转义序列( 、 、\、"),状态机在引号内逐字符扫描,遇反斜杠则读取下一字符并映射为实际值,否则原样保留。

1、记录起始引号位置 start = current - 1;进入字符串主体扫描。

2、循环读取字符:若为 '"',结束字符串;若为 '\',检查 peek() 并转换为对应控制字符(如 'n' → ' ');否则添加原字符。

3、若循环中遇 EOF,生成 TokenType::ERROR 且提示 "Unterminated string"。

4、提取内容 substring 并去除首尾引号,生成 TokenType::STRING。

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