编译原理文法和语言与语法分析

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编译原理词法分析与语法分析的核心算法

编译原理词法分析与语法分析的核心算法编译原理是计算机科学与技术领域中的一门重要课程。

在编程中，我们常常需要将高级语言编写的程序翻译成机器语言，使计算机能够理解并执行我们编写的程序。

而编译原理中的词法分析和语法分析是编译器的两个核心算法。

一、词法分析词法分析是编译器的第一个阶段，它负责将输入的字符序列（源代码）划分为一个个的有意义的词素（Token），并生成相应的词法单元（Lexeme）。

词法分析的核心算法主要包括以下两个步骤：1. 正则表达式到有限自动机的转换：正则表达式是一种描述字符串匹配模式的表达式，它可以用来描述词法分析中各种词素的规则。

而有限自动机则是一种用来识别或匹配正则表达式所描述的模式的计算模型。

将正则表达式转换为有限自动机是词法分析的关键步骤之一。

2. 词法分析器的生成：在将正则表达式转换为有限自动机后，我们可以使用生成器工具（如Lex、Flex等）来生成词法分析器。

词法分析器可以按照预定的规则扫描源代码，并将识别出的词素转换成相应的词法单元，供后续的语法分析使用。

二、语法分析语法分析是编译器的第二个阶段，它负责分析和处理词法分析阶段生成的词法单元序列，并根据预定的语法规则确定语法正确的序列。

语法分析的核心算法主要包括以下两个步骤：1. 上下文无关文法的定义：上下文无关文法（Context-Free Grammar，简称CFG）是一种用于描述形式语言的文法。

它由一组产生式和终结符号组成，可以用于描述语法分析中的语法规则。

在语法分析中，我们需要根据具体编程语言的语法规则，编写相应的上下文无关文法。

2. 语法分析器的生成：通过使用生成器工具（如Yacc、Bison等），我们可以根据上下文无关文法生成语法分析器。

语法分析器可以根据预先定义的文法规则，对词法单元序列进行分析，并构建出语法树（Parse Tree）供后续的语义分析和代码生成使用。

综上所述，词法分析与语法分析是编译原理中的两个重要阶段，也是实现编译器的核心算法。

编译原理第3章文法和语言

第3章文法和语言第1题文法G＝({A,B,S},{a,b,c},P,S)其中P为：S→Ac|aBA→abB→bc写出L(G[S])的全部元素。

答案：L(G[S])={abc}第2题文法G[N]为：N→D|NDD→0|1|2|3|4|5|6|7|8|9G[N]的语言是什么？答案:G[N]的语言是V+。

V={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}N=>ND=>NDD....=>NDDDD...D=>D......D或者：允许0开头的非负整数？第３题为只包含数字、加号和减号的表达式，例如9-2＋5，3-1，７等构造一个文法。

答案：G[S]:S->S+D|S-D|DD->0|1|2|3|4|5|6|7|8|9第4题已知文法G[Z]：Z→aZb|ab写出L(G[Z])的全部元素。

答案：Z=>aZb=>aaZbb=>aaa..Z...bbb=>aaa..ab...bbbL(G[Z])={anbn|n>=1}第5题写一文法，使其语言是偶正整数的集合。

要求：(1)允许0打头；(2)不允许0打头。

答案：(1)允许0开头的偶正整数集合的文法E→NT|DT→NT|DN→D|1|3|5|7|9D→0|2|4|6|8(2)不允许0开头的偶正整数集合的文法E→NT|DT→FT|GN→D|1|3|5|7|9D→2|4|6|8F→N|0G→D|0第6题已知文法G：<表达式>::=<项>｜<表达式>＋<项> <项>::=<因子>｜<项>*<因子><因子>::=（<表达式>）｜i试给出下述表达式的推导及语法树。

（５）i+(i+i)（６）i+i*i答案：(5)<表达式>=><表达式>＋<项>=><表达式>＋<因子>=><表达式>＋（<表达式>）=><表达式>＋（<表达式>＋<项>）=><表达式>＋（<表达式>＋<因子>）=><表达式>＋（<表达式>＋i）=><表达式>＋（<项>＋i）=><表达式>＋（<因子>＋i）=><表达式>＋（i＋i）=><项>＋（i＋i）=><因子>＋（i＋i）=>i＋（i＋i）(6)<表达式>=><表达式>＋<项>=><表达式>＋<项>*<因子>=><表达式>＋<项>*i=><表达式>＋<因子>*i=><表达式>＋i*i=><项>＋i*i=><因子>＋i*i=>i＋i*i<表达式><表达式>+<项><因子><表达式><表达式>+<项><因子>i<项><因子>i<项><因子>i（)<表达式><表达式>+<项><项>*<因子><因子>i<项><因子>ii第7题证明下述文法G[〈表达式〉]是二义的。

编译原理中的词法分析与语法分析原理解析

编译原理中的词法分析与语法分析原理解析编译原理是计算机科学中的重要课程，它研究的是如何将源程序翻译成目标程序的过程。

而词法分析和语法分析则是编译过程中的两个重要阶段，它们负责将源程序转换成抽象语法树，为接下来的语义分析和代码生成阶段做准备。

本文将从词法分析和语法分析的原理、方法和实现技术角度进行详细解析，以期对读者有所帮助。

一、词法分析的原理1.词法分析的定义词法分析（Lexical Analysis）是编译过程中的第一个阶段，它负责将源程序中的字符流转换成标记流的过程。

源程序中的字符流是没有结构的，而编程语言是有一定结构的，因此需要通过词法分析将源程序中的字符流转换成有意义的标记流，以便之后的语法分析和语义分析的进行。

在词法分析的过程中，会将源程序中的字符划分成一系列的标记（Token），每个标记都包含了一定的语义信息，比如关键字、标识符、常量等等。

2.词法分析的原理词法分析的原理主要是通过有限状态自动机（Finite State Automaton，FSA）来实现的。

有限状态自动机是一个数学模型，它描述了一个自动机可以处于的所有可能的状态以及状态之间的转移关系。

在词法分析过程中，会将源程序中的字符逐个读取，并根据当前的状态和字符的输入来确定下一个状态。

最终，当字符读取完毕时，自动机会处于某一状态，这个状态就代表了当前的标记。

3.词法分析的实现技术词法分析的实现技术主要有两种，一种是手工实现，另一种是使用词法分析器生成工具。

手工实现词法分析器的过程通常需要编写一系列的正则表达式来描述不同类型的标记，并通过有限状态自动机来实现这些正则表达式的匹配过程。

这个过程需要大量的人力和时间，而且容易出错。

而使用词法分析器生成工具则可以自动生成词法分析器的代码，开发者只需要定义好源程序中的各种标记，然后通过这些工具自动生成对应的词法分析器。

常见的词法分析器生成工具有Lex和Flex等。

二、语法分析的原理1.语法分析的定义语法分析（Syntax Analysis）是编译过程中的第二个阶段，它负责将词法分析得到的标记流转换成抽象语法树的过程。

介绍计算机语言处理的基本概念与应用

介绍计算机语言处理的基本概念与应用计算机语言处理是计算机科学和人工智能领域的重要研究方向，是对计算机语言进行分析、理解和生成的过程。

本文将介绍计算机语言处理的基本概念与应用，并按照以下几个方面进行划分讨论：编译原理、语法分析、语义分析与代码生成、自然语言处理、机器翻译和语言模型。

一、编译原理编译原理是计算机语言处理的核心概念之一，它研究的是将高级语言转化为机器语言的过程。

编译器是完成这一过程的关键工具，它将源代码中的高级语言表达转化为机器指令的二进制代码。

编译原理涉及到词法分析、语法分析、语义分析等多个环节，同时还包括目标代码生成和优化等技术。

二、语法分析语法分析是计算机语言处理中的重要环节，它主要负责根据给定的语法规则对输入的语句进行分析和判断是否合法。

语法分析器通过构建语法树或者语法图表示输入语句的结构，进而进行后续的语义分析和代码生成。

常用的语法分析算法包括递归下降、LL（1）文法、LR（1）文法等。

三、语义分析与代码生成语义分析是对输入语句的语义进行分析和判断，确保语义的正确性，并将其转化为中间代码或者机器代码。

语义分析包括类型检查、作用域分析、常量折叠等过程，它是编译过程中一项非常关键的工作。

代码生成则是根据语法分析和语义分析的结果生成机器可执行的目标代码，常用的代码生成技术有目标代码生成、中间代码生成和代码优化等。

四、自然语言处理自然语言处理是计算机语言处理的一个子领域，其研究的对象主要是人类自然语言。

自然语言处理涉及到词法分析、句法分析、语义分析、语篇分析等多个方面，旨在开发能够理解和生成自然语言的计算机系统。

自然语言处理在机器翻译、问答系统、信息提取等领域有着广泛的应用。

五、机器翻译机器翻译是指利用计算机技术实现不同语言之间的自动翻译。

它通过语言模型、句法分析和语义分析等技术将源语言的文本转化为目标语言的文本。

机器翻译领域涉及到统计机器翻译、神经机器翻译等多个子领域，近年来取得了很大的进展。

编译原理(清华)第三章文法和语言

例文法G： S→0S1，S→01 有直接推导： 0S1 00S11 （ S→0S1 ） 00S11 000S111 （ S→0S1 ） 000S111 00001111 （ S→01 ） S 0S1 （ S→0S1 ）
推导和归约若存在v=w0 w1 ... wn=w ,(n>0) 则称v推导出w，或w归约到v,记为v=+>w 若有v =+>w，或v=w，则记作v=*>w
2. 符号串 – 定义:由字母表中的符号组成的任何有穷序列 – 例： 0,00,10是字母表∑={0‚1}上的符号串 a,ab,aaca是Α={a‚b，c}上的符号串 – 在符号串中，符号是有顺序的，顺序不同,代表不同的符号串，如:ab和ba不同 – 不含任何符号的符号串称为空串，用ε表示注意:{ε}并不等于空集合{ } – 符号串长度: 符号串中含有符号的个数如: |abc|=3 | ε|=0
3.3 文法和语言的形式定义
1．文法的定义 2．文法的简化表示法 3．推导与归约 4．句型、句子、语言的定义 5．文法的等价
1．文法的定义
产生式（规则）产生式是一个有序对(α,β)，通常写作 α→β（或α::=β ）文法定义: 文法G(Grammar)定义为四元组（VN，VT，P，S） VN (Nonternimal)：非终结符集 VT (Terminal)：终结符集 P (Production)：产生式（规则）集合 S：开始符号或识别符号
第三章
文法和语言
学习目标: 掌握：自上而下与自下而上的分析方法理解：文法的形式定义，推导，归约，句型，句子，语言，上下文无关文法，规范句型，语法树，短语，直接短语，句柄了解：文法的类型，文法使用中的限制，文法的二义性

编译原理第二章文法和语言资料

第二章文法和语言本章讲述目前广泛使用的上下文无关文法。

即用上下文无关文法作为程序设计语言语法的描述工具。

阐明语法的一个工具是文法。

本章将介绍文法和语言的概念。

本章重点：上下文无关文法及其句型分析中的有关问题。

第一节文法的直观概念当我们表述一种语言时，无非是说明这种语言的句子，如果语言只含有有穷多个句子，则只需列出句子的有穷集就行了，但对于有无穷句子的语言来讲，存在着如何给出它的有穷表示的问题。

以自然语言为例，人们无法列出全部句子，但是人们可以给出一些规则，用这些规则来说明（或者定义）句子的组成结构，比如：“我是大学生”。

是汉语的一个句子。

这些规则成为我们判别句子结构合法与否的依据。

一旦有了一组规则以后，我们可以按照如下方式用它们去推导或产生句子。

我们开始去找∷＝左端的带有〈句子〉的规则并把它表示成∷＝右端的符号串，这个动作表示成：〈句子〉⇒〈主语〉〈谓语〉，然后在得到的串〈主语〉〈谓语〉中，选取〈主语〉或〈谓语〉，再用相应的规则∷＝右端代替之。

比如，选取了〈主语〉,并采用规则〈主语〉∷＝〈代词〉，那么得到：〈主语〉〈谓语〉⇒〈代词〉〈谓语〉，重复做下去，我们得到句子：“我是大学生”的全部动作过程是：〈句子〉⇒〈主语〉〈谓语〉⇒〈代词〉〈谓语〉⇒我〈谓语〉⇒我〈动词〉〈直接宾语〉⇒我是〈直接宾语〉⇒我是〈名词〉⇒我是大学生符号⇒的含义是，使用一条规则，代替⇒左边的某个符号，产生⇒右端的符号串。

显然，按照上述办法，不仅生成“我是大学生”这样的句子，还可以生成“王明是大学生”，“王明学习英语”，“我学习英语”，“他学习英语”，“你是工人”，“你学习王明”等几十个句子。

计算机编译原理

本课程的目的
构造编译器基本知识
编译的阶段和相关的活动相关数据结构和算法
计算机科学中相关的基础理论
形式语言与自动机
进一步加深对软件开发的认识
第一章概述
【课前思考】 ◇ 什么是编译程序？ ◇ 编译过程和编译程序的结构？【学习目标】介绍语言翻译的基本概念
程序和语言翻译和解释
介绍翻译的步骤和相关的活动介绍编译器的开发方法
输入字符串（即源程序）输出单词符号（最基本的语法单位）。
词法分析举例
一个C源程序片段：
int a; a=a+2; 词法分析后返回(如右图)：
单词类型保留字标识符界符标识符算符(赋值) 标识符算符(加) 整数界符单词值 int a ; a = a + 2 ；
(2) 语法分析（Syntax analysis）
程序的执行方式
高级语言程序通常采用两种方式执行：解释方式和翻译方式解释方式：逐个语句地分析和执行，如Basic， Prolog
优点：易于查错缺点：效率低，运行速度慢
翻译方式：对整个程序进行分析，翻译成等价机器语言程序后执行，如Pascal，Fortran，C
优点：只需分析和翻译一次，缺点：在运行中发现的错误必须在源程序中查找
编译程序的功能
从功能上看，一个编译程序就是一个语言翻译程序。源语言通常是一个高级语言，如 FORTRAN，C 或 Pascal。目标语言通常是一个低级语言,如汇编或机器语言。
出错和警告信息
编译程序
源语言程序
目标语言程序
T形图
常用T形图来表示编译程序涉及的三个语言： S I 其中： S:源语言(程序)，Source language(program) O:目标语言(程序), target/object language(program) I:实现语言, implementation language O

编译原理文字总结

编译原理文字总结编译原理文字总结1.高级程序设计语言的翻译主要有两种方式：编译和解释。

2.编译过程概述：(1)词法分析：输入源程序，对构成源程序的字符串进行扫描和分解，识别出一个个的单词（亦称单词符号或符号）如基本字，标识符，常数，算符和界符。

(2)语法分析：在词法分析的基础上，根据语言的语法规则，把单词符号串分解成各类语法单位（语法范畴），如短语，子句，句子，程序段和程序等(3)语义分析与中间代码产生：对语法分析所识别出的各类语法范畴，分析其含义，并进行初步翻译（产生中间代码）。

包括静态语义检查和中间代码的翻译。

(4)优化：对前段产生的中间代码进行加工变换，以期在最后阶段能产生出更为高效（省时间和空间）的目标代码。

(5)目标代码生成：把中间代码（或经优化处理之后）变换成特定机器上的低级语言代码。

编译程序结构框图3．文法是表述语言的语法结构的形式规则。

4.所谓上下文无关文法是这样一种文法，它所定义的语法范畴（或语法单位）是完全独立于这种范畴可能出现的环境的。

一个上下文无关文法G包括四个组成部分：一组终结符号，一组非终结符号，一个开始符号，以及一组产生式。

5.形式上说，一个上下文无关文法G是一个四元式（VT,VN,S,＆）其中VT是一个非空有限集，它的每个元素称为终结符号；VN是一个非空有限集，它的每个元素称为非终结符号，VT∩VN=；S是一个非终结符号，称为开始符号；&是一个产生式集合，每个产生式的形式是P→a，其中P属于VN，a属于（VT∪VN）*。

开始符号S至少必须在某个产生式的左部出现一次。

6.推导每前进一步总是引用一条规则（产生式）。

7.假定G是一个文法，S是它的开始符号。

如果Sa，则称a是一个句型（0步或若干步）。

仅含终结符号的句型是一个句子。

文法G所产生的句子的全体是一个语言，将它记为L(G)。

L(G)=｛a|Sa&a∈VT*｝例如终结符号串（i*i+i）是文法（2.1）的一个句子。

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③若∑={a,b}， ∑上的一个形式语言为∑上所有可能的符号串集。即L={a,b,ab,ba,aa,bb,……},此时用枚举法已经无法表示该语言了。
2020年8月17日星期一
编译原理主讲：周有顺
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▲ 文法与语言
● 文法(形式)定义: 我们用四元式来作为描述一
个语言L的工具(会发生什么),用G表示。即G≡(Vt,Vn,P,S)其
答：G ≡ ( Vt = {a,b}, Vn = {A}, S ≡ A,
P = {Aa,Ab,AAa,AAb})
则，L = L(G)
证：A=>a|b|Aa|Ab=>(a|b)|A(a|b)=>(a|b)(a|b)*
● 文法是定义语言的好工具：只要定义它含哪些语法范畴(Vn),每个语法范畴所含语法单位之间的关系(P), 还有基本单词符号集(Vt)，最大的语法范畴是谁(S)。这四元一定，则文法就定义了一个语言----由S和P所能产生出的终结符串集。记为L(G)。即
高级程序设计语言
编译原理
主讲周有顺
(适用于2008级计算机本科师范专业)
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第四讲文法和语言与语法分析
──上下文无关文法(LL文法和LR文法) 与语法分析程序设计
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回忆
语法分析的任务是把词法分析的结果单词符号串进一步分解成各类语法单位 (语法范畴),并分析它们之间的层次关系输出语法树。
语法分析器由单词符号(终结符)和语法范畴单词符号串──────→ (语法变量或称非终结符)构成
结点组成的语法树
(词法分析) (创建) (语义分析的原始数据)
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其中：i代表单词符号即变量或常数，另+、*、(、)也是单词符号。
+
可见，文法定义了一个语言。记为L(G)={α|S==>α, α∈Vt+},
P
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? 假定∑={a,b},而∑上的一个形式语言L为∑上所有可能的非空符号串集，则该语言L用文法G怎样来描述。
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一、文法和形式语言的定义二、上下文无关文法及其语法树三、两种语法分析思想的形成四、自上而下的语法分析方法五、自下而上的语法分析方法 *六、语法分析器的自动产生
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一、文法和形式语言的定义
+
L(G)={α|S====>α, α∈Vt*} P
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▲ 文法性质类型与语言
● 一个文法G,若P中任一产生式形如 Aα ,有
A∈Vn, α∈(Vn∪Vt)+(或α∈(Vn∪Vt)*),则G为(扩充)上下文无关文法。(2型)
● 一个文法G，若P中任一产生式形如 AαB或
▲ 文法性质类型与语言
● 1型文法G的另种等价定义:若P中任一产生式形如
αβ
有α∈(Vn∪Vt)+,β∈(Vn∪Vt)*, 且|α|≤|β|,仅Sε例外,但此时S不得出现在任何产生式右部。则G为上下文有关文法。
S是文法开始符号∈Vn ----特殊非终结符号，它必须至少在某个产生
式左端出现一次。它代表所定义语言中我们最终感兴趣语法范畴。
P是产生式(规则式)集合(有限集)----定义语法范畴的一种书写规则。
形式：xAyxαy
A ∈Vn, x,y,α∈(Vt∪Vn)* 某即关于A的一条产
生规则。
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即是定义符号串（程序）集合（语言）的工具。它必须具备如下特点：
①准确又易于理解；
②由它定义形成的语言有利于句子分析和翻译；
③通过它能自动产生有效的语法分析程序。
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▲ 文法与语言
● (形式)语言：若Lㄈ∑*则称L是∑上的一个形式
语言。其中,∑是基本符号集(有限集)，
∑*是∑上基本符号串集(一般为无限集)，
● 例子：
①C语言是基本符号字母表上符号串集的子集合，每个C程序都是基本符号字母表上的符号串，是C语言中的一个元素。
②假定∑={a,b,c}则L1={a,b,c},L2={a,aa,ab},L3={c,cc}可表示字母表∑上的三个不同的形式语言。这里描述语言的方法是用枚举法。
Aα 有 A,B∈Vn , α∈Vt+ ，则G为正规文法。 (3型)
● 一个文法G，若P中任一产生式形如
αAβαγβ
有γ∈(Vn∪Vt)+,α,β∈(Vn∪Vt)*,仅Sε例外,但此时S不得出现
在任何产生式右部。则G为上下文有关文法。
(1型)ห้องสมุดไป่ตู้
● 一个文法G，若P中任一产生式形如 αB
有202α0年8,月β17∈日星(V期n一∪Vt)* 且α编至译原少理含主一讲非：周终有结顺符,则G为短版权语所文有法勿。复制(传0播型)11
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▲ 文法与语言
● 例子：定义一个语法范畴，有时需要好几个产生式，有
时还需要含有递归的产生式。如定义一个算术表达式的产生式如下：
G: Ei EE+E EE*E E(E)
EVt = {i语,+言,*元,(素,)i}+iㄈ的∑推导过, 程Vn = {E}
E+E S = E =>S E=+EE =∈> EV+ni => i+i i i P语=法{单左位边：列i出(1)的,i产(1)生, 规E(1则),序E(2列),}E+E,E
中:
Vt是终结符集合(有限集)----单词符号集合即组成语言的不可再分的
基本符号。元素一般用小写英文字母表示。如常量、基本字等。
Vn是非终结符集合(有限集)----用来表示语法范畴的语法变量。往往
由它可以生成多个单词符号和其它非终结符等序列。元素一般用大写英文
字母表示。如表达式、语句、分程序、过程等。Vn∩Vt=φ
● 回忆：程序语言的词法规则是可用表来描述的，而在词法分析器的讨论和自动产生中，词法是用正规式来描述定义的。
● 现在：程序语言的语法规则的定义和描述用什么呢？ ------文法！
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▲ 文法与语言
● 文法是描述语言语法结构的一组形式规则。