M

MLOG

O'zbek

Kompilyator dizaynining birinchi bosqichi bo'lgan leksik tahlilni chuqur o'rganish. Tokenlar, leksemalar, regular ifodalar, chekli avtomatlar va ularning amaliy qo'llanilishi haqida bilib oling.

Kompilyatorlar Dizayni: Leksik Tahlil Asoslari

Kompilyator dizayni - zamonaviy dasturiy ta'minot ishlab chiqishning asosini tashkil etuvchi kompyuter fanlarining qiziqarli va muhim sohasidir. Kompilyator - bu odam o'qiy oladigan dastlabki kod va mashina bajaradigan buyruqlar o'rtasidagi ko'prikdir. Ushbu maqolada kompilyatsiya jarayonining dastlabki bosqichi bo'lgan leksik tahlilning asoslari chuqur o'rganiladi. Biz uning maqsadi, asosiy tushunchalari va butun dunyodagi bo'lajak kompilyator dizaynerlari va dasturiy ta'minot muhandislari uchun amaliy ahamiyatini ko'rib chiqamiz.

Leksik Tahlil nima?

Leksik tahlil, shuningdek, skanerlash yoki tokenizatsiya deb ham ataladi, kompilyatorning birinchi bosqichidir. Uning asosiy vazifasi dastlabki kodni belgilar oqimi sifatida o'qish va ularni leksemalar deb ataladigan mazmunli ketma-ketliklarga guruhlashdir. Keyin har bir leksema o'z rolidan kelib chiqqan holda tasniflanadi va natijada tokenlar ketma-ketligi hosil bo'ladi. Buni keyingi qayta ishlash uchun kirish ma'lumotlarini tayyorlaydigan dastlabki saralash va belgilash jarayoni deb tasavvur qiling.

Tasavvur qiling, sizda `x = y + 5;` jumlasi bor. Leksik analizator uni quyidagi tokenlarga ajratadi:

Leksik analizator asosan dasturlash tilining ushbu asosiy qurilish bloklarini aniqlaydi.

Leksik Tahlildagi Asosiy Tushunchalar

Tokenlar va Leksemalar

Yuqorida aytib o'tilganidek, token - bu leksemaning tasniflangan ifodasidir. Leksema - bu dastlabki kodda tokenga mos keladigan naqshga (pattern) mos keladigan belgilarning haqiqiy ketma-ketligidir. Pythondagi quyidagi kod parchasini ko'rib chiqing:

if x > 5:
    print("x is greater than 5")

Ushbu parchadan tokenlar va leksemalarga ba'zi misollar:

Token leksemaning *kategoriyasini* ifodalaydi, leksema esa dastlabki koddagi *haqiqiy satrdir*. Kompilyatsiyaning keyingi bosqichi bo'lgan parser dastur strukturasini tushunish uchun tokenlardan foydalanadi.

Regular Ifodalar

Regular ifodalar (regex) belgilar naqshlarini tavsiflash uchun kuchli va ixcham yozuvdir. Ular leksik tahlilda leksemalar ma'lum tokenlar sifatida tan olinishi uchun mos kelishi kerak bo'lgan naqshlarni aniqlashda keng qo'llaniladi. Regular ifodalar nafaqat kompilyator dizaynida, balki kompyuter fanlarining ko'plab sohalarida, matnni qayta ishlashdan tortib tarmoq xavfsizligigacha bo'lgan fundamental tushunchadir.

Quyida ba'zi keng tarqalgan regular ifoda belgilari va ularning ma'nolari keltirilgan:

Keling, regular ifodalardan tokenlarni aniqlash uchun qanday foydalanish mumkinligiga oid ba'zi misollarni ko'rib chiqaylik:

Turli dasturlash tillarida identifikatorlar, butun son literallari va boshqa tokenlar uchun turli qoidalar bo'lishi mumkin. Shuning uchun, mos keladigan regular ifodalarni shunga mos ravishda sozlash kerak. Masalan, ba'zi tillar identifikatorlarda Unicode belgilariga ruxsat berishi mumkin, bu esa murakkabroq regexni talab qiladi.

Chekli Avtomatlar

Chekli avtomatlar (FA) regular ifodalar bilan aniqlangan naqshlarni tanib olish uchun ishlatiladigan abstrakt mashinalardir. Ular leksik analizatorlarni amalga oshirishda asosiy tushunchadir. Chekli avtomatlarning ikki asosiy turi mavjud:

Leksik tahlildagi odatiy jarayon quyidagilarni o'z ichiga oladi:

  1. Har bir token turi uchun regular ifodalarni NKAga aylantirish.
  2. NKA ni DKA ga aylantirish.
  3. DKA ni jadvalga asoslangan skaner sifatida amalga oshirish.

Keyin DKA kirish oqimini skanerlash va tokenlarni aniqlash uchun ishlatiladi. DKA boshlang'ich holatdan boshlanadi va kirish ma'lumotlarini belgima-belgi o'qiydi. Joriy holat va kirish belgisiga asoslanib, u yangi holatga o'tadi. Agar DKA belgilar ketma-ketligini o'qib bo'lgach, qabul qiluvchi holatga yetsa, bu ketma-ketlik leksema sifatida tan olinadi va tegishli token yaratiladi.

Leksik Tahlil Qanday Ishlaydi

Leksik analizator quyidagicha ishlaydi:

  1. Dastlabki kodni o'qish: Lekser dastlabki kodni kirish fayli yoki oqimidan belgima-belgi o'qiydi.
  2. Leksemalarni aniqlash: Lekser haqiqiy leksemalarni tashkil etuvchi belgilar ketma-ketligini aniqlash uchun regular ifodalardan (yoki, aniqrog'i, regular ifodalardan olingan DKA dan) foydalanadi.
  3. Tokenlarni yaratish: Topilgan har bir leksema uchun lekser token yaratadi, u leksemaning o'zini va uning token turini (masalan, IDENTIFIKATOR, BUTUN_SON_LITERALI, OPERATOR) o'z ichiga oladi.
  4. Xatolarni qayta ishlash: Agar lekser belgilangan naqshlarning hech biriga mos kelmaydigan belgilar ketma-ketligiga duch kelsa (ya'ni, uni tokenlashtirib bo'lmasa), u leksik xatolik haqida xabar beradi. Bu yaroqsiz belgi yoki noto'g'ri shakllangan identifikator bo'lishi mumkin.
  5. Tokenlarni Parserga uzatish: Lekser tokenlar oqimini kompilyatorning keyingi bosqichi bo'lgan parserga uzatadi.

Ushbu oddiy C kodi parchasini ko'rib chiqing:

int main() {
  int x = 10;
  return 0;
}

Leksik analizator ushbu kodni qayta ishlaydi va quyidagi tokenlarni yaratadi (soddalashtirilgan):

Leksik Analizatorning Amaliy Realizatsiyasi

Leksik analizatorni amalga oshirishning ikkita asosiy yondashuvi mavjud:

  1. Qo'lda amalga oshirish: Lekser kodini qo'lda yozish. Bu ko'proq nazorat va optimallashtirish imkoniyatlarini beradi, ammo ko'proq vaqt talab etadi va xatolarga moyil.
  2. Lekser generatorlaridan foydalanish: Lex (Flex), ANTLR yoki JFlex kabi vositalardan foydalanish, ular regular ifoda spetsifikatsiyalari asosida lekser kodini avtomatik ravishda yaratadi.

Qo'lda Amalga Oshirish

Qo'lda amalga oshirish odatda holat mashinasini (DKA) yaratishni va kirish belgilariga asoslangan holatlar o'rtasida o'tish uchun kod yozishni o'z ichiga oladi. Bu yondashuv leksik tahlil jarayoni ustidan nozik nazorat qilish imkonini beradi va muayyan ishlash talablari uchun optimallashtirilishi mumkin. Biroq, u regular ifodalar va chekli avtomatlarni chuqur tushunishni talab qiladi va uni saqlash va tuzatish qiyin bo'lishi mumkin.

Quyida qo'lda yozilgan lekserning Pythonda butun son literallarini qanday qayta ishlashi mumkinligiga oid konseptual (va juda soddalashtirilgan) misol keltirilgan:

def lexer(input_string):
    tokens = []
    i = 0
    while i < len(input_string):
        if input_string[i].isdigit():
            # Raqam topildi, butun sonni tuzishni boshlaymiz
            num_str = ""
            while i < len(input_string) and input_string[i].isdigit():
                num_str += input_string[i]
                i += 1
            tokens.append(("INTEGER", int(num_str)))
            i -= 1 # Oxirgi inkrement uchun tuzatish
        elif input_string[i] == '+':
            tokens.append(("PLUS", "+"))
        elif input_string[i] == '-':
            tokens.append(("MINUS", "-"))
        # ... (boshqa belgilar va tokenlarni qayta ishlash)
        i += 1
    return tokens

Bu oddiy misol, lekin u kirish satrini qo'lda o'qish va belgi naqshlariga asoslanib tokenlarni aniqlashning asosiy g'oyasini ko'rsatadi.

Lekser Generatorlari

Lekser generatorlari - bu leksik analizatorlarni yaratish jarayonini avtomatlashtiradigan vositalardir. Ular kirish sifatida spetsifikatsiya faylini oladi, u har bir token turi uchun regular ifodalarni va token tan olinganda bajariladigan harakatlarni belgilaydi. Keyin generator maqsadli dasturlash tilida lekser kodini ishlab chiqaradi.

Quyida ba'zi mashhur lekser generatorlari keltirilgan:

Lekser generatoridan foydalanish bir qancha afzalliklarni beradi:

Quyida butun sonlar va identifikatorlarni tanib olish uchun oddiy Flex spetsifikatsiyasiga misol keltirilgan:

%%
[0-9]+      { printf("BUTUN_SON: %s\n", yytext); }
[a-zA-Z_][a-zA-Z0-9_]* { printf("IDENTIFIKATOR: %s\n", yytext); }
[ \t\n]+  ; // Bo'shliqlarni e'tiborsiz qoldirish
.           { printf("NOQONUNIY BELGI: %s\n", yytext); }
%%

Ushbu spetsifikatsiya ikkita qoidani belgilaydi: biri butun sonlar uchun va ikkinchisi identifikatorlar uchun. Flex ushbu spetsifikatsiyani qayta ishlaganda, u ushbu tokenlarni taniydigan lekser uchun C kodini yaratadi. `yytext` o'zgaruvchisi mos kelgan leksemani o'z ichiga oladi.

Leksik Tahlilda Xatolarni Qayta Ishlash

Xatolarni qayta ishlash leksik tahlilning muhim jihatidir. Lekser yaroqsiz belgiga yoki noto'g'ri shakllangan leksemaga duch kelganda, u foydalanuvchiga xatolik haqida xabar berishi kerak. Umumiy leksik xatoliklarga quyidagilar kiradi:

Leksik xatolik aniqlanganda, lekser quyidagilarni bajarishi kerak:

  1. Xato haqida xabar berish: Xato sodir bo'lgan qator va ustun raqamini, shuningdek xatoning tavsifini o'z ichiga olgan xato xabarini yaratish.
  2. Qayta tiklashga harakat qilish: Xatodan tiklanishga va kirish ma'lumotlarini skanerlashni davom ettirishga harakat qilish. Bu yaroqsiz belgilarni o'tkazib yuborishni yoki joriy tokenni tugatishni o'z ichiga olishi mumkin. Maqsad - zanjirli xatolarning oldini olish va foydalanuvchiga iloji boricha ko'proq ma'lumot berish.

Xato xabarlari aniq va ma'lumotga boy bo'lishi kerak, bu dasturchiga muammoni tezda aniqlash va tuzatishga yordam beradi. Masalan, tugallanmagan satr uchun yaxshi xato xabari shunday bo'lishi mumkin: `Xatolik: 10-qator, 25-ustunda tugallanmagan satr literali`.

Leksik Tahlilning Kompilyatsiya Jarayonidagi Roli

Leksik tahlil - kompilyatsiya jarayonidagi hal qiluvchi birinchi qadamdir. Uning natijasi bo'lgan tokenlar oqimi keyingi bosqich, parser (sintaktik analizator) uchun kirish ma'lumotlari bo'lib xizmat qiladi. Parser dasturning grammatik tuzilishini ifodalovchi abstrakt sintaksis daraxtini (AST) qurish uchun tokenlardan foydalanadi. Aniq va ishonchli leksik tahlilsiz, parser dastlabki kodni to'g'ri talqin qila olmaydi.

Leksik tahlil va sintaktik tahlil o'rtasidagi munosabatni quyidagicha umumlashtirish mumkin:

Keyin AST kompilyatorning keyingi bosqichlari, masalan, semantik tahlil, oraliq kod generatsiyasi va kodni optimallashtirish tomonidan yakuniy bajariladigan kodni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Leksik Tahlilda Ilg'or Mavzular

Ushbu maqolada leksik tahlilning asoslari yoritilgan bo'lsa-da, o'rganishga arziydigan bir nechta ilg'or mavzular mavjud:

Xalqarolashtirish Masalalari

Global foydalanish uchun mo'ljallangan til uchun kompilyatorni loyihalashda leksik tahlil uchun ushbu xalqarolashtirish jihatlarini hisobga oling:

Xalqarolashtirishni to'g'ri hal qilmaslik turli tillarda yozilgan yoki turli belgilar to'plamidan foydalanadigan dastlabki kod bilan ishlashda noto'g'ri tokenizatsiya va kompilyatsiya xatolariga olib kelishi mumkin.

Xulosa

Leksik tahlil kompilyator dizaynining fundamental jihatidir. Ushbu maqolada muhokama qilingan tushunchalarni chuqur anglash kompilyatorlar, interpretatorlar yoki boshqa tilni qayta ishlash vositalarini yaratish yoki ular bilan ishlash bilan shug'ullanadigan har bir kishi uchun muhimdir. Tokenlar va leksemalarni tushunishdan tortib, regular ifodalar va chekli avtomatlarni o'zlashtirishgacha, leksik tahlil bilimi kompilyator qurish dunyosiga chuqurroq kirib borish uchun mustahkam poydevor yaratadi. Lekser generatorlarini qo'llash va xalqarolashtirish jihatlarini hisobga olgan holda, ishlab chiquvchilar keng doiradagi dasturlash tillari va platformalar uchun mustahkam va samarali leksik analizatorlarni yaratishlari mumkin. Dasturiy ta'minot ishlab chiqish rivojlanishda davom etar ekan, leksik tahlil tamoyillari global miqyosda tilni qayta ishlash texnologiyasining asosiy toshi bo'lib qoladi.

Kompilyatorlar Dizayni: Leksik Tahlil Asoslari | MLOG