编译原理 文法和语言
03-第3章-语法分析-编译原理-中国科技大学(共13讲)
• 例 ( {id, +, , , (, )}, {expr, op}, expr, P )
expr expr op expr expr expr op +
3.2 语言和文法
• 无二义的文法 stmt matched _stmt | unmatched_stmt matched_stmt if expr then matched_stmt else matched_stmt | other unmatched_stmt if expr then stmt | if expr then matched_stmt else unmatched_stmt
3.2 语言和文法
expr expr + term | term term term factor | factor factor id | (expr)
expr term
term expr factor id term factor id expr + term * factor id id + id id 分析树
3.2 语言和文法
3.2.3 验证文法产生的语言 G : S (S) S | L(G) = 配对的括号串的集合 • 按串长进行归纳：配对括号串可由S推出
–归纳基础： S – 归纳假设：长度小于2n的都可以从S推导出来 – 归纳步骤：考虑长度为2n(n 1)的w = (x) y S (S)S * (x) S * (x) y
编译原理和技术
中国科学技术大学 计算机科学与技术学院 陈意云
编译原理文法类型介绍
编译原理文法类型介绍辽宁师范大学 王 欣自1956年，乔姆斯基建立了形式语言的描述，使得形式语言的理论发展得十分迅速。
形式语言的理论不仅对计算机科学有着深远的影响，也对编译方法、程序设计语言的设计等方面有着更重大的作用。
乔姆斯基将文法分为0型，1型，2型，3型，本文重点介绍这四种文法的分类与判别条件。
1 文法说明文法G定义为一个四元组（V N，V T，P，S）（肖军模，程序设计语言编译方法：大连理工大学出版社，1991；何炎祥，伍春香，计算机专业不需要编译原理课程吗：计算机教育，2009）：V N表示非终结符集合，非终结符集合包括大写字母、语法实体、变量、小写的斜体字符串及用字母表示的开始符号等。
V T表示终结符集合，终极符包括小写英文字母、数字及不用尖括号括起来的是终极符。
P表示为产生式（α→β）的集合，满足条件且其中至少要包含一个非终结符，，其中（α→β）的意义为α定义为β。
S是一个终极符，作为文法的开始符号，又称作标识符，要求S至少要作为P其中一条产生式的左部出现。
要求V N，V T，P都为非空的有穷集合（冯博琴，编译原理辅助教程：西安交通大学出版社，1995）。
2 文法类型介绍2.1 0型文法2.1.1 0型文法定义设文法，若文法中的每一个产生式都满足条件并且其中至少要包含一个非终结符，同时满足，那么可判定G为一个0型文法（张志红，朱晨光，编译原理中的文法及二义性研究：河南科技，2009）。
例如：2.1.2 0型文法说明0型文法又可被称为短语文法，0型文法的充分必要条件为递归可枚举集必然是一个0型文法。
图灵机等价于0型文法。
图灵机是一个抽象的机器，将一个无限长的纸条分割成一块块小格，且每个小格所表示的颜色不同，机器头在纸带上来回移动，每次读入一个当前的方格信息，结合内部程序将结构输出到纸带方格上，然后移动到其他的方格，继续上述过程。
2.2 1型文法2.2.1 1型文法定义设文法，如果P产生式集合中的每一个产生式（α→β）都满足条件，仅除外，那么当前文法G为1型文法。
清华大学编译原理第二版课后习答案
Lw.《编译原理》课后习题答案第一章第1章引论第1题解释下列术语：（1）编译程序（2）源程序（3）目标程序（4）编译程序的前端（5）后端（6）遍答案：（1）编译程序：如果源语言为高级语言，目标语言为某台计算机上的汇编语言或机器语言，则此翻译程序称为编译程序。
（2）源程序：源语言编写的程序称为源程序。
（3）目标程序：目标语言书写的程序称为目标程序。
（4）编译程序的前端：它由这样一些阶段组成：这些阶段的工作主要依赖于源语言而与目标机无关。
通常前端包括词法分析、语法分析、语义分析和中间代码生成这些阶段，某些优化工作也可在前端做，也包括与前端每个阶段相关的出错处理工作和符号表管理等工作。
（5）后端：指那些依赖于目标机而一般不依赖源语言，只与中间代码有关的那些阶段，即目标代码生成，以及相关出错处理和符号表操作。
（6）遍：是对源程序或其等价的中间语言程序从头到尾扫视并完成规定任务的过程。
第2题一个典型的编译程序通常由哪些部分组成？各部分的主要功能是什么？并画出编译程序的总体结构图。
答案：一个典型的编译程序通常包含8个组成部分，它们是词法分析程序、语法分析程序、语义分析程序、中间代码生成程序、中间代码优化程序、目标代码生成程序、表格管理程序和错误处理程序。
其各部分的主要功能简述如下。
词法分析程序：输人源程序，拼单词、检查单词和分析单词，输出单词的机内表达形式。
语法分析程序：检查源程序中存在的形式语法错误，输出错误处理信息。
语义分析程序：进行语义检查和分析语义信息，并把分析的结果保存到各类语义信息表中。
中间代码生成程序：按照语义规则，将语法分析程序分析出的语法单位转换成一定形式的中间语言代码，如三元式或四元式。
中间代码优化程序：为了产生高质量的目标代码，对中间代码进行等价变换处理。
盛威网（）专业的计算机学习网站1《编译原理》课后习题答案第一章目标代码生成程序：将优化后的中间代码程序转换成目标代码程序。
表格管理程序：负责建立、填写和查找等一系列表格工作。
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：
编译原理基础
第一章引论主要内容：编译原理的基本概念、定义、编译原理的应用发展和现状。
重点：编译程序工作的基本构成及各阶段的基本任务，具体要求：理解什么是编译程序，了解各编译程序的基本构成及各阶段的基本任务，编译程序总框，了解编译程序生成过程和构造工具。
一、名词解释1、编译程序：能够把用各种高级语言书写的源程序翻译成某种等价的目标程序的翻译程序。
2、遍：指编译程序对源程序或中间代码程序从头到尾扫描一次。
3、静态分配：在编译时就能够安排好目标程序运行时的全部数据空间。
二、问答题1、简述编译程序的结构？答：编译程序包括词法分析、语法分析、中间代码生成、优化，目标代码产生五个阶段，上述各阶段中还要进行表格处理和出错处理的工作。
2、编译程序可分成哪几个阶段？它们之间的关系如何？答：编译程序可分为五个阶段：词法分析、语法分析、中间代码生成、优化、目标代码生成。
上述五个阶段之间每个阶段输出为作下一阶段的输入，第一阶段的输入是源程序，最后阶段的输出是目标代码程序。
注意：编译过程中，阶段的划分和遍的划分不一定相同第二章高级程序语言概述主要内容：程序语言定义、初等数据类型、数据结构、表达式、语句、高级语言的一般特征及程序语言的语法描述。
重点：程序语言定义具体要求：理解程序语言的词法、语法和语义等概念；熟悉高级程序语言的一般结构和主要共同特征。
一、填空题1、程序语言是由（语法）和（语义）两方面定义的。
2、一个名字的属性包括（类型）和（作用域）3、目标代码一般有三种形式：能够立即执行的机器语言代码，（待装配的机器语言模块）和（汇编语言代码）4、语义：定义一个程序的意义的（一组规则）5、2型文法又称为（上下文无关文法），3型文法又为（正规文法）二、是非题1、虽然名字都是用标识符表示的，但名字和标识符有着本质的区别（对）2、各种名字都是用标识符表示的，所以名字和标识没有本质的区别（错）3、数组元素的地址计算与数组的存储方式没有关系（错）4、语法是指程序的含义（错）5、因名字都是用标识符表示的，故名字与标识符没有区别（错）第三章词法分析主要内容：词法分析器的任务、词法分析器的设计、正规表达式与有限自动机、词法分析器的自动生成。
《编译原理》课件
编译器可以将高级语言编写的源代码转换成机器语言或低级语言，以便在特定的硬件平台上运行。编 译器还可以生成可执行文件或动态链接库等二进制文件。
编译器在人工智能领域的应用
机器学习编译器
机器学习编译器可以将机器学习模型转换成可执行代码，以便在嵌入式设备或边缘计算 设备上运行。这种编译器可以优化模型的计算性能和内存占用，提高模型的运行效率。
3
缺点
对于某些复杂文法，可能导致大量的无用推导和 状态爆炸。
自底向上的语法分析
分析步骤
从输入符号序列的最后一个符号开始，逐步向上构建语法树，直 到找到与文法中的某个产生式右部匹配的符号串。
优点
可以充分利用已知信息，避免不必要的推导和状态爆炸。
缺点
对于某些复杂文法，可能导致大量的无用归约和状态爆炸。
04
中间代码生成
中间代码生成的定义和任务
定义
中间代码生成是编译器的一个阶段，将源代码转换成中间代码的过程。
任务
将源代码转换成一种中间表示形式，以便进行后续的优化和目标代码生成。
三地址代码的生成
01
三地址代码是一种中间代码形 式，由一系列的三元式组成。
02
三元式的形式为(op, arg1, arg2)，表示执行一个操作(op) 并产生一个结果，操作数arg1 和arg2来自寄存器、常数或之 前的计算结果。
语义分析
检查AST是否有语义错误，如类型错 误、未定义的变量等。
中间代码生成
将AST转换为中间代码，通常是三地 址代码。
代码优化
对中间代码进行优化，提高执行效 率。
代码生成
将中间代码转换为机器语言代码， 能够在特定硬件上执行。
编译器的分类
编译原理(第2版)课后习题答案详解
第1 章引论第1 题解释下列术语：（1）编译程序（2）源程序（3）目标程序（4）编译程序的前端（5）后端（6）遍答案：（1）编译程序：如果源语言为高级语言，目标语言为某台计算机上的汇编语言或机器语言，则此翻译程序称为编译程序。
（2）源程序：源语言编写的程序称为源程序。
（3）目标程序：目标语言书写的程序称为目标程序。
（4）编译程序的前端：它由这样一些阶段组成：这些阶段的工作主要依赖于源语言而与目标机无关。
通常前端包括词法分析、语法分析、语义分析和中间代码生成这些阶段，某些优化工作也可在前端做，也包括与前端每个阶段相关的出错处理工作和符号表管理等工作。
（5）后端：指那些依赖于目标机而一般不依赖源语言，只与中间代码有关的那些阶段，即目标代码生成，以及相关出错处理和符号表操作。
（6）遍：是对源程序或其等价的中间语言程序从头到尾扫视并完成规定任务的过程。
第2 题一个典型的编译程序通常由哪些部分组成？各部分的主要功能是什么？并画出编译程序的总体结构图。
答案：一个典型的编译程序通常包含8 个组成部分，它们是词法分析程序、语法分析程序、语义分析程序、中间代码生成程序、中间代码优化程序、目标代码生成程序、表格管理程序和错误处理程序。
其各部分的主要功能简述如下。
词法分析程序：输人源程序，拼单词、检查单词和分析单词，输出单词的机内表达形式。
语法分析程序：检查源程序中存在的形式语法错误，输出错误处理信息。
语义分析程序：进行语义检查和分析语义信息，并把分析的结果保存到各类语义信息表中。
中间代码生成程序：按照语义规则，将语法分析程序分析出的语法单位转换成一定形式的中间语言代码，如三元式或四元式。
中间代码优化程序：为了产生高质量的目标代码，对中间代码进行等价变换处理。
目标代码生成程序：将优化后的中间代码程序转换成目标代码程序。
表格管理程序：负责建立、填写和查找等一系列表格工作。
表格的作用是记录源程序的各类信息和编译各阶段的进展情况，编译的每个阶段所需信息多数都从表格中读取，产生的中间结果都记录在相应的表格中。
《编译原理》.第二章形式语言与自动机理论基础（ＰＤＦ）
2、有关正规式及正规集的说明
说明：
1. 正规式与相应的正规集是等价的，正 规集给出了相应正规式所描述的全部单 词（句子）；
2. 正规式的运算结果是正规集；
3. 正规式不是集合，其运算结果正规集 是集合。Ф是特例。
8
正规表达式及正规集
正规表达式的定义
是字母表
正规表达式 1. ， 2. a , a 3. 若 r, s 则 (1) (r)(s)
例 (r) •((s)*)|(r)——可简写：r •s*|r。 • 常常可省略不写，可写成 rs*|r。
10
例题
=a,b, 上的正规式和对应的正规集是：
正规式
正规集
(a) a b
a,b
(b) (a b )(a b )
aa,ab,ba,bb
(c) a*
,a,aa,aaa,aaaa,…
(d) (a b)*
终态Z
Z →
3
NFA的状态图如图所是，求其等价的正规文法（右线性）
a
a S
b
A
a
Z
b
G[S]: S→aS|bS S→aA A→aZ|bZ Z →
4
2.3.1正规文法与有限自动机(FA)
2、由正规文法构造等价的NFA 文法的终结符号集为有穷自动机的字母表 文法的非终结符号集为有穷自动机的状态集 文法的开始符号作为有穷自动机的初态 对文法中形如A→tB的产生式，构造有穷自动机的一个 转换函数f(A,t)=B, 对文法中形如A→t的产生式，构造有穷自动机的一个 转换函数f(A,t)= Z
a
r1
r2 b
r3
c
r
r*
代之以
a
b
c
编译原理例题与习题解答
编译原理
9
例题2.3 请证实文法G(E): E EiT | T T T+F | iF | F F E* | ( 是一个二义文法。
编译原理
10
P36-6.
N →D|ND D →0|1|2|3|4|5|6|7|8|9 （1） G6的语言L(G6)是什么? G6的语言是： 0~9的数字组成的任意非空数字串 L(G6)={x|x∈{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}+} （2）给出句子0127、34和568的最左和最右推导。 文法G6为:
编译原理 5
回顾
文法产生语言 假定G是一个文法，S是它的开始符号。 * ，则称是一个句型。仅含终 如果S 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) + & ∈V *｝ L(G) =｛ | S T
编译原理 6
回顾 文法和语言的二义性
语法规则：语法单位的形成规则。
语法单位通常包括：表达式、语句、子程序、
过程、函数、程序等; 描述工具：上下文无关文法
编译原理 3
回顾
标识符与名字
标识符：以字母开头的，由字母数字组成 的字符串。 标识符与名字两者有本质区别：
标识符是语法概念 名字有确切的意义和属性
编译原理
4
回顾
34
C C E C
编译原理 E
例题3.3
设M=({x,y}, {a,b}, f, x, {y})，其中f定义如 下： f(x,a)={x, y} f(x,b)={y} f(y,a)= φ f(y,b)={x,y} 请构造对应的确定有限自动机。
编译原理
《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