编译原理完整学习笔记（二）：高级程序设计语言

前言

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文章目录

前言
高级程序设计语言
- 一、语言概述
- - 1.1 语法 v.s. 语义
  - 1.2 作用域
  - 1.3 标识符 v.s. 名字
  - 1.4 左值与右值
- 二、语法描述
- - 2.1 基本概念
  - 2.2 上下文无关文法
  - 2.3 推导
  - - 2.3.1 基本概念
    - 2.3.2 语法树
    - 2.3.3 二义性
  - 2.4 形式语言
  - - 2.4.1 概述
    - 2.4.2 文法对比

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 ε\varepsilonε
- 空字是字符串，不是字符
字的全体：∑∗\sum^*∑∗ 表示 ∑\sum∑ 上的所有字的全体，包含空字
子集连接（积）：
- ∑∗\sum^*∑∗ 的子集 U 和 V 的连接（积）定义为
  UV={αβ∣α∈U&β∈V}UV=\{\alpha \beta | \alpha \in U \& \beta \in V\} UV={αβ∣α∈U&β∈V}
n次积
- V自身的n次积记为 VnV^nVn
- V0={ε}V^0=\{\varepsilon\}V0={ε}
- V∗V^*V∗ 是 V 的闭包：V∗=V0⋃V1⋃V2⋃...V^*=V^0\bigcup V^1 \bigcup V^2 \bigcup ...V∗=V0⋃V1⋃V2⋃...
- V+V^+V+ 是 V 的正规闭包：V+=VV∗V^+=VV^*V+=VV∗
- 「区别」
  - V∗V^*V∗ 中始终有空字，但如果V中原来没有空字，则V+V^+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=(VT,VN,S,P)G=(V_T,V_N,S,P) G=(VT,VN,S,P)

VT:V_T:VT: 终结符（Terminal）集合，非空
VN:V_N:VN: 非终结符（Noterminal）集合，非空，且 VT⋂VN=∅V_T\bigcap V_N = \emptysetVT⋂VN=∅
S:S:S: 文法的开始符号，S∈VNS\in V_NS∈VN
- 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:P:P: 产生式集合（有限），每个产生式形式如下
- P→α,P∈VN,α∈(VT⋃VN)∗P\rightarrow \alpha, P\in V_N, \alpha \in (V_T \bigcup V_N)^*P→α,P∈VN,α∈(VT⋃VN)∗
- $P \rightarrow \alpha $ 表示 “P定义为α\alphaα”
开始符 SSS 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

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