编译原理2文法和形式语言
第2章 文法和语言的基本知识
例如， ∑′={0，1}是一个字母表，由0 和1两个元素组成。 不同的语言有不同的字母表，如英文的字 母表是26个字母、数字和标点符号的集合，C语 言的字母表是由字母、数字和若干专用符号组 成。 2. 符号（字符） 字母表中的元素称为符号，或称为字符。 例如，前述例子中，a，b，c是字母中∑ 中的符号；0和1是字母表∑′中的符号。
例如：用A表示∑ + ，用式子A→0表示符号串 0∈A或A生成符号串0，符号“→”读做“生成”或 “由……组成”。则集合A可表示成 A→0 A→1 A→A0 A→A1 显然，由A生成的符号串属于∑+，这就是用文 法描述语言。
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2.2.2 文法的形式定义
1. 规则 规则也称产生式，它是一个符号与一个符号 串的有序对(A，β)，通常写做 A→β(或A::=β) 其中，A是规则左部，它是一个符号；β是 规则右部，它是一个符号串；“→”和“::=”表 示“定义为”或”生成”，意思是左部符号用右 部的符号串定义或左部符号生成右部是集合， 而｛ε｝表示由空符号串ε所组成的集合，但 这样的集合不是集合φ＝｛｝。 ３. 符号串的幂运算 设x是符号串，则x的幂运算定义为 x0=ε X1= x x2 = xx ………… xn = xxxx……xx=xxn-1 ( n > 0)
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试设计一个表示所有标识符的文法。 例2.2 ：
分析 题意是用文法定义标识符，必须确 定P中规则。为了设计出一组规则，首先应搞清 楚集合中符号串的结构特征。标识符的定义是 字母或以字母开头的字母数字串，结构如图：
字母 字母或数字串
用I代表标识符，L代表字母，D代表数字， 则定义标识符的方法为 G = (VN ,VT, P , S)
2021-2022学年编译原理之形式语言基础(2)
2.4 两种特性文法
设有文法：G(Z)=(VN,VT,Z,P)
2.4.1 递归文法
【定义】
设 若
AA∈=+V>N，xAxy,，y：∈称(V文N+法VT)具*，有则递;归性;
特别： 若 A -> A ，称文法具有直接左递归性； A -> A ，称文法具有直接右递归性。
如：G1(S): S -> S b | a --- 直接左递归文法；
∵ S->a(A|)bc
∴ S->aAbc|abc
∵ A->d(A|)(B|)e ∴ A->dABe|dBe|dAe|de
∵ B->(A|)
∴ B->A
※ 综合 G`(S) ： S->aAbc|abc|bS A->dABe|dBe|dAe|de B->A|b
2.5.2 文法变换方法3
Ⅲ 常用的三种文法变换方法：
D -> f ; G -> b ;
⒊ 删除不可用产生式: ∵ VUS={ S,B,A }; ∴ 应删除 D,G(连同其产生式)
※ 整理后得：G``(S):
S -> Be A -> Ae | e B -> Af
2.5.2 文法变换方法2
Ⅱ 删除 产生式
※假定 文法 G(Z) ; 【算法】
∈ L(G)
2.5.2 文法变换方法
在实际工作中，人们总是希望定义一种语言的 文法尽可能地简单。另外，某些常用的语法分析技 术也会对文法提出一定的要求或限制；为了适应上 述要求，有时需要对文法进行必要的改写。当然改 写后的文法要与原文法等价—通常称为文法变换。
这里重点介绍三类变换：
⑴ 删除无用的产生式（文法的化简）； ⑵ 删除ε产生式； ⑶ 常用的三种文法变换方法：
编译原理-2-形式语言与自动机-I
正则语言的定义和正则表达式
正则语言
正则语言是由正则表达式描述的形式语言。
正则表达式
正则表达式是一种字符串匹配模式，用于描述正则 语言的结构。
正则表达式与正则语正则语言的等价性
正则表达式是一种用于匹 配字符串的模式，它由各 种字符和操作符组合而成。
正则表达式和正则语言是 等价的，它们可以互相表 示和转换。
编译原理-2-形式语言与 自动机-I
在编译原理的学习中，了解形式语言与自动机是非常重要的第一步。本节将 讨论形式语言的定义和分类，以及自动机的定义和有限自动机的概念。
形式语言的定义和分类
形式语言
形式语言是一种用于表示计算机语言结构的抽象系统，通常由字符串构成。
形式语言的分类
形式语言可以分为三类：正则语言、上下文无关语言和上下文相关语言。
正则语言
正则语言是由正则表达式描述的语言，它们具有简单的结构和有限的规则。
自动机的定义和有限自动机
1
自动机定义
自动机是一种抽象的计算模型，它根据
有限自动机
2
输入的符号序列转移状态并产生输出。
有限自动机是一种最简单的自动机模型，
它包含有限个状态和输入符号。
3
状态转移
有限自动机通过在状态之间进行转移来 处理输入符号序列。
3 应用广泛
正则表达式在文本处理、 编译器和搜索引擎等领域 有着广泛的应用。
结论和要点
重要性
了解形式语言和自动 机是学习编译原理的 基础。
分类
形式语言分为正则语 言、上下文无关语言 和上下文相关语言。
等价性
正则表达式和正则语 言是等价的，可以互 相转换。
应用
正则表达式在多个领 域中有广泛的应用， 如文本处理和编译器 设计。
编译原理形式语言
通过实际例子和应用场景， 帮助理解形式语言的应用 和实际意义。
编译原理概述
什么是编译原理？
简要概述编译原理的定义和基 本概念。
编译器的作用
介绍编译器的作用和重要性， 并解释为什么需要理解编译原 理。
编译过程
探索编译原理的基本过程，包 括词法分析、语法分析、语义 分析等。
词法分析器
词法分析的作用
解释词法分析器在编译过程中的 作用和目标。
编译原理形式语言
探索形式语言的定义、分类以及编译原理的概述。了解词法分析器、语法分 析器、语义分析器、中间代码生成、代码优化和目标代码生成的工作原理。
形式语言的定义与分类
1 什么是形式语言？
探索形式语言的概念和作 用，以及其在编译原理中 的重要性。
2 形式语言的分类
3 上下文有关语言， 并解释它们在编译原理中 的应用。
优化和错误处理
探索语法分析器的优化技术和错误处理方法，提 高编译过程的效率和准确性。
语义分析器
1
语义分析的概念
解释语义分析器的作用和目标。
2
类型检查
介绍类型检查的概念和在语义分析中的应用，确保程序的类型安全性。
3
符号表
探索符号表的重要性和在语义分析器中的作用，帮助进行语义分析。
中间代码生成
中间代码的作用
正则表达式
介绍正则表达式的基本概念和在 词法分析器中的应用。
分词与标记化
解释分词和标记化的过程，以及 词法分析器如何生成词法单元。
语法分析器
语法规则
解释语法规则的作用和如何定义语法规则。
语法树
解释语法树的概念和构建过程，以及在编译原理 中的应用。
上下文无关文法
介绍上下文无关文法和语法分析器的关系，以及 如何根据文法生成语法分析器。
编译原理一些习题答案
编译原理⼀些习题答案第2章形式语⾔基础2.2 设有⽂法G[N]: N -> D | NDD -> 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9(1)G[N]定义的语⾔是什么?(2)给出句⼦0123和268的最左推导和最右推导。
解答：(1)L(G[N])={(0|1|2|3|4|5|6|7|8|9)+} 或L(G[N])={α| α为可带前导0的正整数}(2)0123的最左推导：N ? ND ? NDD ? NDDD ? DDDD ? 0DDD ? 01DD ? 012D ? 0123 0123的最右推导：N ? ND ? N3 ? ND3 N23 ND23 N123 D123 0123268的最左推导：N ? ND ? NDD ? DDD ? 2DDD ? 26D ? 268268的最右推导：N ? ND ? N8 ? ND8 ? N68 ? D68 ? 2682.4 写⼀个⽂法，使其语⾔是奇数的集合，且每个奇数不以0开头。
解答：⾸先分析题意，本题是希望构造⼀个⽂法，由它产⽣的句⼦是奇数，并且不以0开头，也就是说它的每个句⼦都是以1、3、5、7、9中的某个数结尾。
如果数字只有⼀位，则1、3、5、7、9就满⾜要求，如果有多位，则要求第1位不能是0，⽽中间有多少位，每位是什么数字（必须是数字）则没什么要求，因此，我们可以把这个⽂法分3部分来完成。
分别⽤3个⾮终结符来产⽣句⼦的第1位、中间部分和最后⼀位。
引⼊⼏个⾮终结符，其中，⼀个⽤作产⽣句⼦的开头，可以是1－9之间的数，不包括0，⼀个⽤来产⽣句⼦的结尾，为奇数，另⼀个则⽤来产⽣以⾮0整数开头后⾯跟任意多个数字的数字串，进⾏分解之后，这个⽂法就很好写了。
N -> 1 | 3 | 5 | 7 | 9 | BNB -> 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | B02.7 下⾯⽂法⽣成的语⾔是什么？G1：S->ABA->aA| εB->bc|bBc G2：S->aA|a A->aS解答：B ? bcB ? bBc? bbccB ? bBc? bbBcc ? bbbccc……A ?εA ? aA ? aA ? aA ? aaA ? aa……∴S ? AB ? a m b n c n , 其中m≥0,n≥1即L(G1)={ a m b n c n | m≥0,n≥1} S ? a S ? aA ? aaS ? aaaS ? aA ? aaS ? aaaA ?aaaaS ? aaaaa ……∴S ? a2n+1 , 其中n≥0即L(G2)={ a2n+1 | n≥0}2.11 已知⽂法G[S]: S->(AS)|(b)A->(SaA)|(a)请找出符号串(a)和(A((SaA)(b)))的短语、简单短语和句柄。
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。
汉语句子可以是由主语后随谓语而成，构成谓语的是动词和直接宾语，我们采用EBNF来表示这种句子的构成规则：〈句子〉∷＝〈主语〉〈谓语〉〈主语〉∷＝〈代词〉|〈名词〉〈代词〉∷＝我|你|他〈名词〉∷＝王明|大学生|工人|英语〈谓语〉∷＝〈动词〉〈直接宾语〉〈动词〉∷＝是|学习〈直接宾语〉∷＝〈代词〉|〈名词〉“我是大学生”的构成符合上述规则，而“我大学生是”不符合上述规则，我们说它不是句子。
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。
《编译原理》第2章 编译基础-形式语言与有穷自动机
句型、推导
G[E]： E→E+T|T T→T*F|F F→(E)|a
对于句子a+a*a 有不同 的推导
EE+T T+T F+T a+T a+T*F a+F*F a+a*F a+a*a
EE+T E+T*F E+T*a E+F*a E+a*a T+a*a F+a*a a+a*a
整理课件
例：奇偶测试器
0
0
1
q0
q1
∈
1
自动机：Ｍ＝（Q，∑ ，δ ，q0，Z）
Q＝｛ q0, q1}
∑ ={0,1}
q0=q0 Z={q1}
整理课件
映射函数：
δ（ q０,０)= q０ 0
0
δ（ q０,１)= q１
1
δ（ q1,０)= q１ q0
q1
δ（ q1,１)= q０
1
例：０００１１０００１
整理课件
第四节 正规文法与有穷自动机 1、正规文法 产生的语言的推导 例：文法 G=（VN，VT，P，S） 其中： VN={A，B，C}
VT={a,b,c} S=A P:A →aB A →aA
B →bB B →bC C →cC C →c
整理课件
A=>aA=>aaA=>…..=>aa…aB =>aa…abB=>aa…abb…bC =>aa…abb…bcC=> aa…abb…bccC => aa…abb…bcc…c
D→ε
Aa→bD
自然语言属于上下文有关文法
整理课件
文法的类型
《编译原理》教学大纲
《编译原理》教学大纲大纲说明课程代码： 3225003总学时： 64 学时（讲课 48 学时，实验16 学时）总学分： 4课程类别：学科基础课适用专业 : 计算机科学与技术（专业）预修要求： C 语言程序设计、 C++ 程序设计、数据结构课程的性质、任务及地位：《编译原理》是计算机科学与技术专业的一门重要基础课。
通过对该课程的学习，使学生掌握编译过程中的相关原理和编译技术，让学生能初步进行编译程序的开发和维护，同时促进提高学生开发软件的能力。
教学目的与基本要求：本课程的目的，通过向学生讲述编译系统的结构、工作流程及编译程序各部分的设计原理和实现技术，使学生既掌握编译技术理论的基础与基本知识，也具有设计、实现、分析和维护编译程序等方面的初步能力。
本课程理论性较强。
因授课对象为工科学生，所以在强调编译系统的构造原理和实现方法的同时，为培养学生的实际工作能力，通过上机实践进一步加深学生对课堂教学内容的理解。
目的是要使学生牢固掌握相关的基本理论和基本方法，并能初步利用上述理论和方法解决简单实际问题。
教学方法和教学手段的建议：在教学方法上，贯彻理论联系实际、“精讲、多练”的原则，进行案例式、启发式的教学，对于一些实际性较强的问题要多采用课堂讨论等方式，以提高学生的思辨能力和学习的主动性；引导学生读书、理解、体悟、运用相结合；提高学生的学习兴趣与热情，培养与发挥学生的提出、分析及解决问题的能力。
教学手段：运用多媒体教学手段 +黑板 +上机实验的手段。
采取课堂讲授、课堂讨论、课后练习与自学等形式。
大纲的使用说明：大纲对课程性质、目的等作简单说明，同时列出各章节要学习的知识点、重点、难点，便于教学时教授重点的安排和学生自学安排。
大纲正文第一章引论学时： 4 学时（讲课 4 学时，实验 0 学时）了解编译的概念；理解编译程序的各组成部分及功能。
本章讲授要点：介绍程序设计语言与编译程序间的关系，主要内容包括：各级程序设计语言的定义、源程序的执行、编译程序的构造、编译程序的分类、形式语言理论与编译实现技术的联系。