[编译原理读书笔记][第2章一个简单的语法制导程序

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本章内容是对本书第3章至第六章中介绍的编译技术的综合介绍.

通过将一个语句转换为三地址代码的过程来讲解
重点是:词法分析,语法分析和中间代码生成.
第7章,第8章将讲述如何将三地址代码转换为机器指令

2.1 引言

2.2:给出一个广泛使用的表示方法来描述语法,叫做上下文无关法或者BNF(Backus-Naur范式).
2.3:面向文法的编译技术:语法指导翻译
2.4:语法分析
2.5:一个中缀转后缀的过程
2.6:词法分析
2.8:构造语法树

2.2 语法定义

介绍一种用于描述程序设计语言语法的表示方法---"上下文无关法"或简称文法.被用于组织编译器前端.

何为上下文无关文法?
- V 总可以被字符w 自由替换,而无需考虑字符V出现的上下文
Java的if-else
文法

2.2.1 文法定义

一个上下文无关法(context-free grammar)由4个元素组成:

一个终结符号集合,有时也称做"词法单元".
一个非终结符号集合,有时也称做"语法变量"
- 每个非终结符号表示一个终结符号串的结合.(后面介绍)
一个产生式集合:表示某个构造的某种书写形式.
- 产生式头或左部: 非终结符号 .
- 一个箭头
- 产生式体或右部: 终结符号与非终结符号组成的序列
- 如果产生式头代表一个构造,那么产生式体代表该构造的一种书写形式.
指定一个非终结符号为开始符号

2.2.2 推导

根据文法推倒符号串时.首先从开始符号出发,不断地将某个非终结符号替换为该非终结符号的某个产生式的体.直到全部为终结符号.

可以从开始符号推倒得到的所有终结符号串的集合称为该文法定义的语言.

语法分析的任务

parsing的任务是: 接受一个终结符号串作为输入,找出从文法的开始符号推倒出该串的方法.
如果不能推倒出,则报告语法错误.
主要语法分析方法,在第四章中介绍

2.2.3 语法分析树

语法分析树用图形方法展现了从文法的开始符号推倒出对应语言中的符号串的过程.

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parse tree有以下性质

根节点的标号为文法的开始字符.
叶子节点为一个终结符号或 e
内部节点为一个非终结符号
如果非终结符号A它的子节点从左至右有X1,X2..XN,那么必然有产生式A->X1X2X3..XN.

例子

文法:

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需要推倒的语句: 9 - 5 + 2

语法树:

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一个文法的语言的另一个定义是任何能够由某颗语法分析树生成的符号串的集合.

为一个给点的终结符号串构建一颗语法分析树的过程称为对该符号穿进行语法分析

2.2.4 二义性

某些语法如果不严谨会产生二义性.比如将上述例子的语法改成

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那么对之前的终结符号串的解释可以用两种语法树

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前者的结果是6, 后者是2

显然有问题.所以一个好的文法不应该有二义性.

2.2.5 运算符结合性

左结合运算向左下端延伸
右结合运算向右下端延伸

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等号的文法:

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2.2.6 运算符的优先级

结合性规则只能作用于同一级别的运算

当具有+,-,*,\,(,)时的文法

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factor不可被分开.
一个(不是因子)的term可能被高优先级的运算符*和/分开
一个expr可以被任意优先级分开
根据这种思想,我们可以用多个非终结字符来确定n个优先级的语法.

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2.2.7 2.2节的练习

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从以下代码能看出如何增加一个优先级.

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2.3 语法指导翻译

语法制导翻译是通过向一个文法的产生式附加一些规则或程序片段而得到的.

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看不懂

2.3.1 后缀表示

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2.3.2 综合属性

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语法制导定义(syntax-directed definition)把每个文法符号和一个属性集合相关联,并且把每个产生式和一组语义规则(semantic rule)相关联,这些规则用于计算与该产生式相关联的属性值.
注释语法分析树:如果一颗语法分析树的各个结点上标记了相应的属性值,那么这颗语法分析树就称为注释语法分析树,简称注释分析树.
综合属性:如果某个属性在语法分析树结点N上的值由N的子节点和N本身的属性值确定,那么这个属性叫做综合属性
- 性质: 只需要对语法分析树进行一次自底向上的遍历,既可以算出属性的值.
5.1.1节将会讲述一种继承属性:继承属性在某个语法分析树的结点的值由其本身,兄弟,父节点属性值决定.

关于语法制导一个十分不错的例子

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2.3.3 简单语法制导定义

上述例子的语法制导定义具有以下重要性质:
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2.3.4 树的遍历

关于树的遍历就不再赘述了

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如果只有综合属性,和继承属性单一一种,那么求值问题很好解决,否则很难求值.

2.3.5 翻译方案(语法制导翻译方案)

之前上述的语法翻译的例子将字符串作为属性值附加在结点上,从而得到翻译结果.

我们来考虑一种不需要操作字符串的方法,通过运行程序片段,逐步生成相同的翻译结果.

语义动作

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例子

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2.4 语法分析

语法分析是决定如何使用一个文法生成一个终结符号串的过程.
本书将会介绍一种叫做递归下降的语法分析方法,该方法用于语法分析和实现语法制导翻译器.
- 下一节会给出一个完整实现例子的JAVA程序
- 4.9会介绍一种Yacc的工具直接根据方案生成一个翻译器.
对于任何上下文无关法,都能构造出一个O(n^3)的语法分析器,但是对于实际的语言设计,基本都是线性时间构造出来的.
大部分的语法分析方法可以分为两类: 自顶向上,自底向上.
- 这两个术语指的是语法分析节点的构造顺序.
- 在自顶向上语法,构造过程从根节点开始,逐步向叶子节点进行.
  - 更容易手工构造出高效的语法分析器
- 自底向上语法则相反
  - 可以处理更多种文法和翻译方案,所以文法生成语法分析器的软件工具常常使用这种.

2.4.1 自顶向下分析方法

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向前看(lookahead)

输入中当前被扫描的终结符号通常称为向前看(lookahead)符号.
- 在开始时,向前看符号是输入串的第一个终结符号.

例子

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为一个非终结符号选择产生式是一个尝试并犯错的过程,我们首先选择一个产生式,如果这个产生式不合适将会进行回溯,再尝试另一个产生式.
预测语法分析的特殊情况不需要回溯.

2.4.2 预测分析法

递归下降分析方法(recursive-descent parsing)是一种自顶向下的语法分析方法,他使用一组递归过程来处理输入.

这里我们考虑递归下降方法的一个简单形式,称为预测分析法(predictive parsing)

在预测分析法中,各个非终结符对应的过程中的控制流可以由向前看无二义的确定.在分析输入串时出现的过程调用序列隐式地定义了该输入串的一颗语法分析树.

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FIRST(α)

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关于计算的方法在4.2.2中介绍
预测分析法要求时

2.4.3 何时使用ε 产生式

如果向前看符号不在其他产生式中,就用ε 产生式
更加深入了解何时使用ε 产生式,参见4.4.3节中关于 LL(1)文法的讨论.

2.4.4 设计一个预测分析器

当满足能够使用预测分析器时:
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对于语法动作如何处理

2.4.5 左递归

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左递归:
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右递归:

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右递归对于左结合运算的翻译会变得困难
4.3.3节将考虑更一般的左递归形式

2.4.6 练习

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(1)

void S(){
    swithch( lookahead )
    {
        case +:
        match(+);S();S();break;
        case -:
        match(-);S();S();break;
        case a;
        match(a);break;
        default: report("syntax error");
    }
}

(2)要注意最终的结果,并消除左递归

void S(){
if(lookahead == "("){
match("("); S(); match(")"); S();
}
}
```

(3)两个产生式的FIRST都是0，需要注意

void S()  
{  
    if(lookahead==0)  
    {  
         match(0);  
         if(lookahead!=1)  
            S();  
         match(1);  
    }  
    else  
    report("syntax error");  
}