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：

复制代码

(90-18)/3+15

输出示例：

复制代码

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

2. 目录结构

复制代码

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：

枚举值	对应字符	说明
`TOKEN_NUMBER`	---	整数字面量
`TOKEN_PLUS`	`+`	加号
`TOKEN_MINUS`	`-`	减号
`TOKEN_STAR`	`*`	乘号
`TOKEN_SLASH`	`/`	除号
`TOKEN_LPAREN`	`(`	左括号
`TOKEN_RPAREN`	`)`	右括号
`TOKEN_END`	---	输入结束
`TOKEN_ERROR`	---	非法字符

Token 结构体：

c 复制代码

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：

c 复制代码

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
1. 跳过空白字符（isspace），同步更新列号
2. 遇到 \0 → 返回 TOKEN_END
3. 遇到 0-9 → 用 strtol 连续读入数字，返回 TOKEN_NUMBER
4. 遇到 + - * / ( ) → 返回对应类型
5. 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）：

c 复制代码

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：

c 复制代码

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）：

目标	作用
`all`	编译生成 `build/calc` 可执行文件
`run`	运行 `build/calc`，需传入 `EXPR=...`
`clean`	删除 `build/` 目录

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

4. 构建与运行

bash 复制代码

# 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

bash 复制代码

$ ./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

bash 复制代码

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

5.3 非法字符

bash 复制代码

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

5.4 空输入

bash 复制代码

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

5.5 管道输入

bash 复制代码

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

6. 设计要点

零动态内存分配 ：词法分析器使用纯游标扫描，不依赖 malloc，适合嵌入式或资源受限环境
C99 严格模式 ：编译启用 -std=c99 -pedantic，确保跨平台兼容
列号定位：每个 token 记录输入中的列号，支持精确的错误位置报告
模块分离 ：parse.h / parse.c 为纯词法分析模块，main.c 仅负责输入输出编排，职责清晰
两种输入方式：支持命令行参数和标准输入管道，方便脚本集成