这是一个系列文章，旨在了解如何使用Flex/Lex和Yacc/Bison进行词法和语法解析。这个系列，分成了几个部分，包括
- flex的基本用法
- 使用flex/bison实现一个简单的计算器
- 实现一个带有条件判断与循环的计算程序
了解这个系列需要一定的编译原理知识作为背景知识，了解程序如何从字符串先解析成Token，而后使用语法解析器生成解析树，最后执行该解析树。
概述
lex/flex可以按照“词法文件”的定义，将文本解析成单个的Token，然后通过执行“词法文件”中定义的Action来完成一些操作，一般，flex的输出会通过函数/变量将结果传递给yacc/bison进行进一步的语法解析。为了简化，本文将仅通过独立的“词法文件”完成一些操作，以了解flex的基础使用。
这里完成的程序是一个简单的“count”程序，输入是一个文件，程序输出文件中包含的字符数、词语数、以及行数。
安装flex并编写词法文件
1. 安装lex： yum/apt-get install flex
2. 编写如下词法文档：
%{ //
int characters = 0; // %{ ... }% 之间的部分是"Declarations"
int words = 0; // Declarations 部分声明的变量，是可以在全局使用的
int lines = 0; // 例如，在该示例的main程序中，就通过extern声明的方式
%} // 使用了这些变量
%% //
\n { // 从这里开始是Translations阶段
++lines; // 这里定了Token，以及遇到了Token之后
++characters; // 应该采取/执行什么，例如这里遇到了\n字符
} // 则，将lines/characters变量都加1
[ \t]+ characters += yyleng; //
[^ \t\n]+ { // 注释部分的文本需要删除，程序才能正常编译
++words; // 删除注释的vim命令：1,$s/\/\/.*$//g
characters += yyleng; //
} //
//
%%直接使用如上代码的话，后面就会在gcc编译的时候遇到如下错误：
$ lex zzx.l
$ gcc lex.yy.c wc.c -o wc.out
/tmp/cc1SPYm2.o：In function yylex':
lex.yy.c:(.text+0x42f)：undefined reference toyywrap'
/tmp/cc1SPYm2.o：In function input':
lex.yy.c:(.text+0xf73)：undefined reference toyywrap'
collect2: ld returned 1 exit status
如果你也遇到了这个错误，不用担心，你并不孤单，在Stackoverflow上看到解决该失败的的答案一共有150点赞（up），就知道大家都一样了（参考@Stackoverflow）。因为默认的，lex生成的词法解析程序中，在最后是需要调用的yywrap函数的（关于yywrap），如果不打算提供该函数，则可以使用lex选项 %option noyywrap 禁用该调用。那么上面的代码就需要修改为：
$ cat zzx.l
%{
int characters = 0;
int words = 0;
int lines = 0;
%}
%option noyywrap
%%
\n {
++lines;
++characters;
}
[ \t]+ characters += yyleng;
[^ \t\n]+ {
++words;
characters += yyleng;
}
%%编写入口函数并调用yylex
词法文件需要使用工具flex将其编译生成一个c语言文件，然后再使用gcc将其编译成一个可执行文件。编译前，我们需要先编写一个简单的main函数. 再编写一个程序的入口函数（main），并调用yylex()就可以了。具体如下：
$ cat wc.c
#include <stdio.h>
int yylex(void);
int main(void)
{
extern int characters, words, lines;
yylex();
printf("%d characters, ", characters);
printf("%d words, ", words);
printf("%d lines\n", lines);
return 0;
}这里需要注意：在程序中，我们通过调用yylex()完成了实际的词法解析过程，并获得执行结果。这是一个非常简单的示例，实际过程比这要更加复杂，在词法文件中，每一次rule解析完成后，再起action部分，通常都会有return语句结束本次yylex调用，所以会是一个反复调用yylex的过程。
编译并执行
$ lex zzx.l
$ gcc lex.yy.c wc.c -o wc.out
$ chmod +x wc.out
$ cat s.txt
this is a input file.
this is a input file.
$ ./wc.out < zzx.l
404 characters, 36 words, 18 lines
$ ./wc.out < s.txt
44 characters, 10 words, 2 lines好了，至此，我们就完成一个词法解析的任务，因为这个任务不涉及任何语法（yyac）解析，所以比较适合初学者学习词法解析工具lex。
补充关于Definitions
为了再略微增强该示例的，这里对上面的示例又做了一个小调整，新增一行“Definitions”，有时候为了增强可读性，会对一些expression定义一个名称，如下，将\n定义为NL：
%{ //
int characters = 0; // %{ ... }% 之间的部分是"Declarations"
int words = 0; // Declarations 部分声明的变量，是可以在全局使用的
int lines = 0; // 例如，在该示例的main程序中，就通过extern声明的方式
%} // 使用了这些变量
//
NL \n // 这里新增了一行，这是一行 Definitions
// 将\n用字母NL定义，所以下面的\n也就可以使用NL
// 试想，如果表达式很复杂用这种方式，可读性会增强很多
%% //
NL { // 从这里开始是Translations阶段
++lines; // 这里定了Token，以及遇到了Token之后
++characters; // 应该采取/执行什么，例如这里遇到了\n字符
} // 则，将lines/characters变量都加1
[ \t]+ characters += yyleng; //
[^ \t\n]+ { // 注释部分的文本需要删除，程序才能正常编译
++words; // 删除注释的vim命令：1,$s/\/\/.*$//g
characters += yyleng; //
} //
//
%% 自此，我们就了解一个词法解析文件的几个主要部分：Definitions、Declarations、rule（以及rule对应的Action）。
参考资料：
- Tutorial on using lex and yacc
- Lexical Analysis With Flex, for Flex 2.6.2
- How do Lex and YACC work internally
- yylval@bison manul
更多说明
- Flex / Lex程序通常与Yacc/Bison一起使用，flex负责词法解析，bison则负责语法解析
- flex与bison接口的函数，就是上面的调用
yylex()函数，该函数每次基于某个规则（rule）解析到一个新的Token的时候，则会执行对应的“Action”（也就是每个Token后面的代码）部分的代码。例如，上面的程序中会执行++lines或++words代码。 - 在rule action部分，我们看到使用了一个yyleng的“变量”用于获取当前被解析的原始字符串的长度。类似的“变量”有：
yyleng、yytext、yyin等，完整的列表可以参考：Values Available To the User。另外，这些“变量”并不是真的变量，大部分都是一些“宏”，例如，yytext的真实定义可能是这样的：#define yytext (((struct yyguts_t*)yyscanner)->yytext_r)。了解这一点，有利于理解这些”变量”并不能在外部直接引用。- yyin yylex函数处理的字符串来源，默认情况是标准输入，在你的程序，例如可以定义为一个打开的文件描述符（在Posix中，一起都是文件）
- yylength 用于记录，当前读取的Token的长度
- yytext 用于记录当前读取的文本
- 一般的，flex的“Action部分”，会包含一个
return,例如如果遇到一个整数，可能会看到类似这样的代码：return INTEGER;这时候，yylex()遇到一个对应的字符就会返回INTEGER。 - 在实践中，则是按照如下方式实现：
- 在 yacc/bison的语法文件中定义Token，例如整数为
INTEGER,语法为%token INTEGER - 使用yacc/bison命令生成对应的头文件，头文件则会包含关于
INTEGER的预定义：#define INTEGER 257 - 只需要在flex词法文件中包含该头文件，就可以使用这里的预定义
INTEGER了 - 那么较为完整的代码看起来就是这样
- 在 yacc/bison的语法文件中定义Token，例如整数为
cat cal.y
...
%token INTEGER
...cat cal.tab.h //这是bison生成的文件
...
#define INTEGER 257
...cat cal.l
...
[[:digit:]]+ { return INTEGER; }
...- 我们在考虑另一个问题：在lex的rule action可以使用本地的“变量”（其实是“宏”），也会通过
return语句给yyparse()中调用yylex时，返回当前Token的类型。如果一个Token是一个[:digit:]+的时候，我们除了需要知道这个Token是一个整数之外，至少yyparse()还需要知道这个是一个什么整数，具体数值是多少，当然并不是所有的token都需要，一般identifier都是需要的。而，前面的yytext都是yylex本地的“变量”。这时候，通常会使用yylval。yylval是一个由yacc/bison定义的变量（默认是int类型），用于存储词法解析需要传递给yyparse的数据，在yacc/bison的语句处理的Action阶段，可以使用变量，以获得词法解析阶段的一些值。例如，一个Token是一个整数、字符串（并非keyword）的时候，我们会将对应的值存储在yylval中。所以，yylval通常会被定义为一个联合体（union类型），用于存储不同类型的值。
关于这几个概念的更详细细致的解释可以参考最前面提到的“IBM的z/OS系统的文档中关于lex和yacc的介绍”（参考：Tutorial on using lex and yacc）。
