编译原理笔记（2）

编译原理笔记（2）

第二章 高级语言及其语法描述

• 程序语言的定义
• 高级语言的一般特性
• 程序语言的语法描述

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了解： 形式语言概述
熟悉： 语法、语义
掌握： 上下文无关文法、语法分析与二义性
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回顾上节内容：

Created with Raphaël 2.1.2 源程序(.c) 词法分析器 语法分析器 语义分析与中间代码产生器 优化器 目标代码生成器 目标代码(.obj)

1. 程序语言的定义

程序语言由两方面定义：

• 语法 - 是描述程序的结构，根据它可以产生正确的程序。

• 语义 - 是语言成分的含义，由程序执行的效果来说明。

• 语用 - 是语言的实际应用。 如： x=a+b*c

举例，赋值语句

一、语法

语法

一组规则，用它可以形成和产生一个 合式(well-formed)的程序。

词法规则

单词符号的形成规则，单词符号是语言中具有独立意义的最基本结构，一般包括：常数、标识符、基本字、运算符、界符等
描述工具：有限自动机

语法规则

语法单位的形成规则，语法单位通常包括：表达式、语句、分程序、过程、函数、程序等
描述工具：上下文无关文法

　　语法规则和词法规则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。

二、语义

语义

定义一个程序的意义，所要执行的操作（相同语句可以有不同的含义）
描述方法：属性文法的语法制导翻译方法

编译程序就是从基本的单词符号和语法单位分析程序的意义。

2.高级语言的一般特性

• 高级语言的分类
• 程序结构
• 数据类型与操作
  初等数据类型
数据结构
抽象数据类型
• 语句与控制结构

高级语言的分类

• 过程式语言-命令驱动，面向语句，如C语言等
• 函数式语言-从功能出发构造函数，如LISP等
• 基于规则的语言-检查一定的条件，当满足条件时，则执行适当的动作，如Prolog语言
• 面向对象的语言-支持封装、继承和多态性等

3.程序语言的语法描述

几个概念

程序(Program)， 语句(Sentence)， 单词(Token)

描述形式——文法

语法——语句

语句的组成规则
描述方法：BNF范式、语法图*

词法——单词

单词的组成规则
描述方法：有限自动机、正规式**

基本概念：

Σ： 是一个有穷字母表，它的每个元素称为一个符号。
所有字母[a, b, c, d, …, z][A, B, C, D, …, Z]

Σ上的字(也叫符号串)： 是指由Σ中的符号所构成的一个有穷序列。
一个单词，apple

ε：不包含任何符号的序列称为空符号串。
’ ‘

Σ*：表示Σ上所有字的集合，其中包括空符号串 ε。 单词表，该单词表包括空字符串

φ: 不包含任何元素的集合，φ={ } 一张白纸

U 或 V ———— 两个小单词表

∑*的子集U和V的连接（积）定义为
　　　　UV ＝ { α·β | α ∈ U & β ∈ V }
　　　　所有两个单词构成的词组

V自身的 n次积记为

Vn=VV…V

整本字典里的单词和词组

规定 V0={ε} ，令

V∗=V0∪V1∪V2∪V3∪…

称 V∗ 是V的闭包;

记 V＋＝VV∗ ，称 V+ 是V的正(规)闭包。

???闭包是否就是一种语言(体系)，比如说汉语，英语…

设:
　　

U={a,aa}

那么:
　　

Ｕ∗={ε,a,aa,aaa,aaaa,...}

　　

U+={a,aa,aaa,aaaa,...}

U+=U1∪U2U3U4U...

称为集合U的 正闭包

U∗=U0∪U+

称为集合U的 闭包

1.上下文无关文法

文法

描述语言的语法结构的形式规则
特点：规则准确，易于理解，描述能力强

上下文有关文法：自然语言
上下文无关文法：算术表达式，赋值语句，条件语句, …

上下文无关文法

其定义的语法范畴独立于其原环境，包括以下四个部分
- 一组 终结符号，就是 基本符号：基本字，标识符，常数，算符，界符
- 一组 非终结符号，代表语法范畴(语法小环境)：语句，表达式
- 一个 开始符号：语法范畴常称为”句子”或”程序”
- 一组 产生式，定义语法范畴的一种书写规则，如A->a

形式化定义

(VT,VN,S,P)

VT : 终结符号的集合
VN : 非终结符号的集合
S ： 一个非终结符号
P ： 产生式的集合，P->a

S∈VN，P∈VN
P→a1|a2|a3|...|an

上下文无关文法语言

从文法的开始符号出发，递归替换和展开

定义 αAβ 直接推出 αγβ ，即

αAβ⇒αγβ ，仅当A→γ是一个产生式且 α，β∈(VTUVN)∗

最左推导

施于 最左的那个非终结符号以替换(我的理解，最先固定左边的符号含义)

最右推导

施于 最右的那个非终结符号以替换(我的理解，最先固定右边的符号含义)

2.语法分析数与二义性

语法数

用一张图表示一个句型的推导

句型推导 == 语法数的生长过程

二义文法

一个文法中某个句子对应两颗不同的语法树

上下文无关文法的限制

• 文法中不含这种式子 P→P
• 每个非终结符号P都必须有用处
• 对于P不存在永不终结的回路

3.形式语言鸟瞰

0 型文法

原始 ——→ 图灵机
↓
1 型文法

上下文有关文法 ——→ 线性有限自动机
↓
2 型文法

上下文无关文法 ——→ 不确定的下推自动机
↓
3 型文法

正规文法 ——→ 有限自动机
↓
强