AI开发C语言应用按步走，表达式计算器calc的第一步，中缀表达式词法分析

calc1 — 中缀表达式词法分析器

1. 项目概述

构建一个 C 语言中缀表达式词法分析器（tokenizer），将中缀表达式字符串拆分为独立的 token 序列，包括数字、四则运算符和圆括号。

输入示例：

(90-18)/3+15

输出示例：

( LEFT_PAREN
90 NUMBER
– MINUS
18 NUMBER
) RIGHT_PAREN
/ SLASH
3 NUMBER
+ PLUS
15 NUMBER

2. 目录结构

calc/
├── Makefile # 构建脚本（gcc -Wall -Wextra -std=c99 -pedantic）
├── parse.h # 头文件：TokenType 枚举、Token 结构体、API 声明
├── parse.c # 词法分析器实现
├── main.c # 入口程序：输入源选择 + 解析打印
└── build/
├── calc # 可执行文件
├── parse.o # 编译目标文件
└── main.o # 编译目标文件

3. 文件说明

3.1 parse.h

定义三个核心类型和三个 API 函数：

TokenType 枚举：

Token 结构体：

typedef struct {
TokenType type; // token 类型
int value; // 数值（仅 TOKEN_NUMBER 有效）
int col; // 在输入字符串中的列号（1-based）
} Token;

API 函数：

void parse_init(const char *input); // 初始化解析器
Token parse_next(void); // 读取下一个 token
const char *token_name(TokenType type); // 将类型转为可读字符串

3.2 parse.c

词法分析器实现，采用静态状态机模式：

• 内部状态：input_pos（当前扫描游标）、line（行号，保留）、column（列号，1-based）
• parse_init：将游标指向输入字符串起始位置，重置行列号
• parse_next：核心逻辑
• 跳过空白字符（isspace），同步更新列号
• 遇到 \\0 → 返回 TOKEN_END
• 遇到 0-9 → 用 strtol 连续读入数字，返回 TOKEN_NUMBER
• 遇到 + – * / ( ) → 返回对应类型
• 其他字符 → 返回 TOKEN_ERROR
• token_name：将枚举值映射为可读字符串

设计要点：零动态内存分配，纯游标扫描，无需 malloc。

3.3 main.c

入口程序，分为两个函数：

parse_and_print（static 函数）：

static int parse_and_print(const char *input);

职责：空输入校验 → parse_init → 循环调用 parse_next 打印每个 token → 遇到 TOKEN_ERROR 时输出错误位置并返回 1。

main 函数：

int main(int argc, char *argv[]);

职责：输入源选择（argv[1] 优先，否则从 stdin 读取）→ 调用 parse_and_print 并返回其状态码。

3.4 Makefile

沿用项目中 nslist/ 的构建风格（C99 严格模式）：

编译选项：-Wall -Wextra -std=c99 -pedantic -g -O2

4. 构建与运行

# 编译
$ cd calc
$ make
mkdir -p build
gcc -Wall -Wextra -std=c99 -pedantic -g -O2 -I. -c parse.c -o build/parse.o
gcc -Wall -Wextra -std=c99 -pedantic -g -O2 -I. -c main.c -o build/main.o
gcc -Wall -Wextra -std=c99 -pedantic -g -O2 build/parse.o build/main.o -o build/calc

# 命令行参数运行
$ ./build/calc "(90-18)/3+15"

# 管道输入运行
$ echo "(90-18)/3+15" | ./build/calc

# 通过 Makefile 运行
$ make run EXPR="(90-18)/3+15"

# 清理
$ make clean

5. 测试验证

5.1 基本表达式

$ ./build/calc "(90-18)/3+15"
( LEFT_PAREN
90 NUMBER
– MINUS
18 NUMBER
) RIGHT_PAREN
/ SLASH
3 NUMBER
+ PLUS
15 NUMBER

5.2 带空格

$ ./build/calc " 3 + 5 "
3 NUMBER
+ PLUS
5 NUMBER

5.3 非法字符

$ ./build/calc "3+@5"
3 NUMBER
+ PLUS
col 3: ERROR — illegal character

5.4 空输入

$ ./build/calc ""
error: empty input

5.5 管道输入

$ echo "10-2" | ./build/calc
10 NUMBER
– MINUS
2 NUMBER

6. 设计要点