高级语言及其语法描述
程序语言的定义
程序语言：
- 语法
- 语义
语法
语言程序：
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（形式上正确的）程序。
词法规则：
单词符号形成规则（常数、标志符、基本字、算符、界符）
语法规则：
语法单位形成规则（表达式、语句、分程序、函数、过程等）
如字符串：0.5*x+c组成表达式，其中，常数 0.5，标识符 x，c，算符 *，＋称为语言的单词符号。表达式0.5*x+c称为语言的一个语法范畴，或语法单位。
- 语言的单词符号由词法规则确定，单词符号是语言中具有独立意义的最基本结构。
- 一个程序语言只使用有限字符集作为字母表。
词法分析工具：正规式
语法分析工具：上下文无关文法
语义
语义：
一组规则，用它可以定义一个程序的意义。
程序语言基本功能：
描述数据和对数据的运算。
高级语言的一般特性
高级语言分类
- 强制式语言（过程式语言）：命令驱动，面向语句程序由一系列语句组成，每个语句的执行引起若干存储单元值的改变。如：Fortran，C，Pascal等。
- 应用式语言（函数式语言）：注重程序表示的功能（嵌套式）函数n（…函数2（函数1（数据））…）。如：Lisp。
- 基于规则的语言（逻辑程序设计语言）：检查条件，满足值则执行相应动作。 如：Prolog。
- 面向对象语言（Object－Oriented Language）：封装性、继承性、多态性。如：Java、C＋＋。
程序结构
数据类型与操作
数据类型三要素：
属性、值、操作
1.初等数据类型
①数值数据：如整数、实数…，可执行＋、－、*、/等
②逻辑数据： 可执行and、or、not等
③字符数据
④指针类型数据
标识符：
用字母或数字组成的以字母为开头的一个字符串。
区分：
- 标识符：无意义的字符序列
- 名字： 有明确意义及属性。
名字的属性
- 类型：决定值及在计算机内表示方式以及可作的运算
- 作用域：规定值的存在范围
2.数据结构
①数组：由同一类型数据所组成的某种n维矩形结构。A[i1，i2，…，in]
- 确定数组：所需存储空间在编译时已经确定
- 可变数组
编译时，碰到数组说明必须将数组有关信息放入一个“内情向量”中。
内情向量：
维数、各维上下限、首地址、数组（元素）的类型等。
②记录
记录结构：
由已知类型数据组合起来的一种结构。
一个记录结构含有若干分量，每个分量称为记录的一个栏（域，field），有确定数据类型。
③字符串、表格、栈、队列
3.抽象数据类型：
- 数据对象的一个集合
- 抽象运算的一个集合
- 类型对象的封装
语句与控制结构
1.表达式：操作数＋算符
表达式形成规则：
①变量（包括下标变量）、常数是表达式
②若E1,E2为表达式，θ为二元运算符，则E1θE2为表达式
③若E为表达式，θ为一元运算符，则θE 或 Eθ为表达式
2.语句
执行性语句：描述动作
说明性语句：定义变量或运算
①赋值句：A:=B B的值送入A所代表的单元
②控制语句：如goto L, if B then S1 else S2
③说明语句
④简单句和复合句
简单句： 不包含其他成分的基本句。如赋值句，goto句等。
文法的直观理解
程序语言的语法描述
字母表和字符串
- 字母表——字符的有穷序列。Σ
- 符号——字母表中的每个元素。
- 符号串——字母表中符号构成的一个有穷序列。
空字（空串）：
不含任何符号的序列。ε
Σ*：
Σ上所有符号串的全体。
如：Σ={a,b}, Σ*={ε,a,b,aa,ab,ba,bb,aaa,……}
∅ ：不含任何元素的空集。{ }
符号串运算
- 符号串长度：α=abc |α|=3 |ε|=0
- 符号串连接：α=ab β=cd αβ=abcd
- 符号串集合的（连接）积：U,V， UV={αβ|α∈U & β∈V }， εA = Aε＝A（注意：一般UV≠VU,但(UV)W=U(VW)）
- 符号串幂运算：α， α0 =ε， α1=α,…, αn = αn－1 •α
- 集合闭包，正闭包：V*称为V的闭包。
V+＝VV* 是V的正则闭包
Σ* = Σ0 ∪Σ1∪Σ2∪……={ε，……}
Σ＋ =Σ1∪Σ2∪……
Σ* = Σ＋ ∪ Σ0
Σ＋ = Σ•Σ* = Σ*•Σ
如：Σ={a,b}, Σ* = {ε,a,b,ab,ba,…}，Σ＋ ={a,b,ab,ba,…}
上下文无关文法
文法：
描述语言的语法结构的形式规则（即：语法规则）
上下文无关文法G的组成：
一组终结符，一组非终结符，一个开始符，一组产生式。
- 终结符：组成语言的基本符号，是一个语言不可再分的基本符号。
- 非终结符（语法变量）
- 开始符
- 产生式（产生规则或规则）：A→α,其中A为一符号，α为一符号串
文法为规则非空有穷集合，记为G。
形式上：上下文无关文法G={VT,VN,S,Р},其中：
VT——非空有限集，它的每个元素为终结符号。
VN——非空有限集，它的每个元素为非终结符号。
S —— 一个非终结符号，成为开始符号
Р——产生式集合（有限），每个产生式形式为A→α,A∈ VN ,α∈ (VN∪VT)*,S至少必须在某个产生式左部出现一次。
- 用大写字母A,B,C……代表非终结符
- 用小写字母a,b,c……代表终结符
- 用α,β,γ,……代表由终结符和非终结符组成的字符串。
如：G=(VN,VT,S,Р) VN={Z}, VT={0,1}, S=Z, Р={Z→0Z|01}
直接推出（推导）：
最左推导：
任何一步αβ都是对α中最左非终结符进行替换。
最右推导：
任何一步αβ都是对α中最右非终结符进行替换。
文法G：S是它的开始符，若Sα则称α是一个句型，仅含终结符的句型是一个句子。
文法和语言的关系
若L(G1)=L(G2)则称文法G1和G2是等价的。
语法分析树与二义性
文法的二义性：
在文法所定义所有的句子中，若存在一个句子有两棵或两棵以上不同的语法树，此文法为二义的.
文法与语言的分类
- 1型文法也称为上下文有关文法：
被线性界限自动机(LBA)接受 - 2型文法也称为上下文无关文法：
被下推自动机接受 - 3型文法也称为正规文法：
被有穷自动机(FA)接受