编译原理完整学习笔记（二）：高级程序设计语言

高级程序设计语言

一、语言概述

1.1 语法 v.s. 语义

• 程序本质上是一定字符集上的字符串

• 语法：一组规则，用它可以形成和产生一个合式（well-formed）的程序

  • 定义了程序的形式结构
  • 定义语法单位的意义属于语义问题
  • 

• 语义：一组规则，定义一个程序的意义

  • 例如 “关于函数调用时参数传递方法的描述” 属于语义定义

1.2 作用域

• 同一个标识符在不同过程中代表不同的名字
• 作用域：一个名字能被使用的区域范围
• 规则：“最近嵌套原则”
  

1.3 标识符 v.s. 名字

标识符是语法概念，名字是语义概念。

「标识符」

• 以字母开头的，由字母数字组成的字符串

「名字」

• 含义：标识程序中的对象
• 意义和属性：
  • 值：单元中的内容
  • 属性：类型和作用域
• 说明方式
  • 说明语句明确规定
    • int score
  • 隐含说明
    • FORTRAN 以 I,J,K,…,N 为首的名字代表整型，否则为实型
  • 动态确定
    • 走到哪里，是什么，算什么
• 名字的绑定
  • 名字的绑定是指将标识符与所代表的程序数据或代码进行关联
  • 静态绑定：发生在编译过程中，如变量声明、类型定义、函数定义
  • 动态绑定：发生在运行过程中，如多态、虚函数

「二者区别」

• 标识符是语法概念
• 名字有确切的意义和属性

1.4 左值与右值

赋值语句：A := B

• 名字的左值：该名字代表的存储单元的地址
• 名字的右值：该名字代表的存储单元的内容

「简单判断」

• 出现在赋值号左边的值必须具有左值，出现在赋值号右边的值则必须具有右值。

二、语法描述

2.1 基本概念

• 字母表：一个有穷字符集，记为 $\sum$

• 字符：字母表中每个元素

• 字 / 字符串：$\sum$ 上的字（也叫字符串）是指由 $\sum$ 中的字符所构成的一个有穷序列

• 空字：不包含任何字符的序列，记做 $\epsilon$

  • 空字是字符串，不是字符

• 字的全体：${\sum }^{\ast }$ 表示 $\sum$ 上的所有字的全体，包含空字
  

• 子集连接（积）：

  • ${\sum }^{\ast }$ 的子集 U 和 V 的连接（积）定义为
    $$UV=\{\alpha \beta |\alpha \in U\&\beta \in V\}$$
    

• n次积

  • V自身的n次积记为 $V^n$
  • $V^0=\{\epsilon \}$
  • $V^{\ast }$ 是 V 的闭包：$V^{\ast }=V^0\bigcup V^1\bigcup V^2\bigcup ...$
  • $V^{+}$ 是 V 的正规闭包：$V^{+}=V{V}^{\ast }$
  • 「区别」
    • $V^{\ast }$ 中始终有空字，但如果V中原来没有空字，则$V^{+}$ 中不会有空字

2.2 上下文无关文法

「上下文无关文法 G 的定义 - 四元组」
$$G=(V_T,V_N,S,P)$$

• $V_T:$ 终结符（Terminal）集合，非空
• $V_N:$ 非终结符（Noterminal）集合，非空，且 $V_T\bigcap V_N=\varnothing$
• $S:$ 文法的开始符号，$S\in V_N$
  • S是特殊非终结符，表示所定义的语言最终感兴趣的语法单位，如英语描述中的“句子”，程序语言描述的“程序”
• $P:$ 产生式集合（有限），每个产生式形式如下
  • $P\to \alpha ,P\in V_N,\alpha \in (V_T\bigcup V_N{)}^{\ast }$
  • $P \rightarrow \alpha $ 表示 “P定义为$\alpha$”
• 开始符 $S$ 至少必须在某个产生式的左部出现一次
  

2.3 推导

2.3.1 基本概念

• $\Rightarrow $：直接推出，只能对一个非终结符推导一次
• $\rightarrow $：被定义为

「*推出 & +推出」

「概念辨析 - 句型 | 句子 | 语言」

「句型、句子推导练习」

• 文法 => 句子
  

• 句子 => 文法

  • 此类题目稍微难一些，需要用递归思想来解决，优先考虑最简结构
    

2.3.2 语法树

「最左/右推导」

「语法树」

2.3.3 二义性

「二义性举例」

「文法 / 语言二义性」

• 文法二义性：文法存在某个句子对应两颗不同语法树
  • 文法二义性问题是不可判定问题，不存在一个算法，能在有限步骤中，确切地判定一个文法是否二义
  • 但仍然存在很多充分条件可以判定一个文法是非二义的
    • 例如一个文法如果属于 LR 文法，则一定不是二义文法
• 语言二义性：存在一个能推导出该语言的无二义文法

2.4 形式语言

2.4.1 概述

• 乔姆斯基在1956年建立形式语言体系，将文法分为四种类型：0、1、2、3型

• 四种类型唯一区别在于产生式
  

• 0型（短语文法，图灵机）
  

• 1型（上下文有关文法，线性界限自动机）
  

• 2型（上下文无关文法，非确定下推自动机）
  

• 3型（正规文法，有限自动机）

  • 

  • 正规式、正规集

    • 

2.4.2 文法对比

• 四种类型文法描述能力比较
  

• 上下文无关文法 v.s. 正规文法
  

• 上下文无关文法 v.s. 上下文有关文法
  

• 上下文无关文法的局限 - 权衡思想