编译原理中的词法分析与语法分析
北航编译原理课件 03.词法分析
3. 词法分析程序算法
北京航空航天大学计算机学院
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1.单词及内部表示 单词及内部表示: 单词及内部表示
单词名称
BEGIN END FOR DO IF THEN ELSE 标识符 常数(整 常数 整) : + * , ( ) :=
保留字和分界符采用一符一类
记忆符
BEGINSY ENDSY FORSY DOSY IFSY THENSY ELSESY IDSY INTSY COLONSY PLUSSY STARSY COMSY LPARSY RPARSY ASSIGNSY
字母、数字
标识符 无符号整数
单字符分界符
S S S
字母
标 数字
非字母数字
出口
数字
数
非数字
出口
+ * ， 单界 （ ） ：
其他字符 非=
出口
双字符分界符
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S
冒号
=
双界
其他字符
出口 15
查保留字表 读字符
字母、数字
S
字母
标 数字
非字母数字
标识符
非数字
数字
数
无符号整数 单字符分界符
如：b{ab} = {ba}b {a|b} = {{a} {b}} = (a*b*)*
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例：设 ∑ = { a,b },下面是定义在∑上的正则表达式和正则集合 正则表达式 ba* a(a|b)* (a|b)*(aa|bb)(a|b)* 正则集合
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‘*’ : ‘,’ : ‘(’ : ‘)’ : ‘:’ :
编译原理词法分析及词法分析程序
状态图=>右线性文法
文法G[0] 0->a1
d 0
S->aA A->dA A->b
a c
1 2
b
d
3
1->d1 1->b
0->c
0->c2 2->d
S->c
S->cB，2有出弧 B->d
左线性文法=>状态转换图
设G=(VN,VT,P,S)是一左线性文法,令|VN|=K， 1) 则所要构造的状态转换图共有K+1个状态. 2) VN中的每个符号分别表示K个状态 2.1) G的开始符S为终止状态 3) 起始状态,用R(VN)标记
识别符号串与归约
S
从初态R到下一状态A对应Ba，即终结 符a归约成非终结符B; U 从状态B转换到状态A对应ABa,即将 Ba归约为A; 状态A转换到状态S(终态)对应S Aa,即 U 将Aa归约为开始符S. 归约成功,恰好进入终态,即状态转换图识 U 别了(或接受)该符号串. 识别00011的例子的归约过程
f是转换函数，是在K×Σ →K上的映像，即：如果f（ki，a）=kj， （ki，kj∈K）意味着，当前状态为ki，输入字符为a时，将转换 为下一个状态kj，我们把kj称作ki的一个后继状态；
1.确定的有限自动机
通常把这五要素组成的五元式M=(K,∑,f, S0,Z)称为确定的 有限自动机(DFA)，它是相应的状态转化图的一种形式描 述，或者说，是状态转换矩阵的另一种表示。 在状态转换的每一步，据DFA当前所处状态及扫视的输入 字符，能唯一确定下一状态。
例：文法G=({S,U},{0,1},{SS1 |U1,
编译原理 语法分析(2)_ LL(1)分析法1
自底向上分析法
LR分析法的概念 LR分析法的概念 LR(0)项目族的构造 LR(0)项目族的构造 SLR分析法 SLR分析法 LALR分析法 LALR分析法
概述
功能：根据文法规则 文法规则， 源程序单词符号串 单词符号串中 功能：根据文法规则，从源程序单词符号串中
识别出语法成分，并进行语法检查。 识别出语法成分，并进行语法检查。
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【例】文法G[E] 文法G[E] E→ E +T | T 消除左递归 T→ T * F | F F→(E)|i 请用自顶向下的方法分析是否字 分析表 符串i+i*i∈L(G[E])。 符串i+i*i∈L(G[E])。
E→TE’ E’→+TE’|ε T →FT’ T’→*FT’|ε F→(E)|i
编译程序组织结构
表 处 理
前
端 中
源 程 序
词 法 分 析
语 法 分 析
语 义 分 析
间 代 码 生 成
中 后 目 端 间 标 代 代 码 码 优 生 化 成
目 标 程 序
错 误 处 理
第4章 语法分析
自顶向下分析法
递归子程序法（递归下降分析法） 递归子程序法（递归下降分析法） LL(1)分析法 LL(1)分析法
通常把按LL(1)方法完成语法分析任务的程序叫LL(1)分析程序或者LL(1)分析器。 通常把按LL(1)方法完成语法分析任务的程序叫LL(1)分析程序或者LL(1)分析器。 LL(1)方法完成语法分析任务的程序叫LL(1)分析程序或者LL(1)分析器
输入串
一、分析过程
#
此过程有三部分组成: 此过程有三部分组成: 分析表 总控程序） 执行程序 (总控程序） 分析栈） 符号栈 （分析栈）
第2章 词法分析
第2章 词法分析
2.1 词法记号及属性 2.2 词法记号的描述与识别 2.3 有限自动机 2.4 从正规式到有限自动机 2.5 词法分析器的生成器
2012-5-9
第2章 词法分析
3/95
记号 源程序 词法分析器 取下一个记号 符号表 语法分析器
本章内容
2012-5-9 第2章 词 词法分析器对源程序采取非常局部的观 词法分析器对源程序采取非常局部的观 局部 点
C语言词法分析器不能发现下面的错误： 语言词法分析器不能发现下面的错误：
fi (a == f (x) ) …
Pascal语言词法分析器在实数是a.b格式下， 语言词法分析器在实数是 格式下 语言词法分析器在实数是 格式下， 可以发现下面的错误： 可以发现下面的错误： 123.
词法单元与记号的关系
匹配方法
模式规则n
源程序 字符流 输入
词法单元n 模式匹配
实体对象
词法记号n
匹配结果
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第2章 词法分析
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例：记号的例子
抽象化(形式化 抽象化 形式化) 形式化
词法记号 var for relation id num literal
词法单元例举 var for <,<=,=,… sum, count, D5 3.1, 10, 2.8 E12 “seg. error”
模式的非形式描述(说明 模式的非形式描述 说明) 说明 var for <或<=或=或… 由字母开头的字母数字串 任何数值常数 引号本身除外的任意字符串
具体化
2012-5-9 第2章 词法分析 7/95
关键字、保留字和标准标识符的区别 关键字、保留字和标准标识符的区别 字和
《哈工大编译原理》课件
词法分析过程
输入
源程序的字符流。
01
输出
源程序的标记流。
02
1. 初始化
设置初始状态和缓冲区。
03
2. 循环
04 从缓冲区中取出一个字符，根
据当前状态和该字符确定下一 个状态和标记。
3. 输出
05 输出当前标记，并更新状态和
缓冲区。
4. 结束条件
06 当缓冲区为空且所有字符都被
处理时，结束词法分析。
三地址代码的生成
三地址代码定义
三地址代码是一种中间代码形式，由一系列的三元式组成，每个三 元式包含三个操作数和两个操作符。
三地址代码的特点
三地址代码具有简单、直观和易于优化的特点，能够清晰地表示程 序中的控制流程和数据流。
三地址代码的生成算法
常见的三地址代码生成算法包括递归下降分析法和语法制导翻译法 。
示中间代码，以便进行有效的优化和转换。
代码生成器的构造
代码生成器通常由指令选择、控制流优化、循环优化等 模块组成。
控制流优化模块负责对控制流进行分析和优化，如消除 冗余计算、消除无用代码等。
指令选择模块负责从中间代码中选择合适的机器指令， 并进行指令调度和并行化。
循环优化模块负责对循环结构进行优化，如循环展开、 循环合并等。
编译原理的应用非常广泛，如编译器设计、程序分析、软件工程等。
编译过程的基本概念
源程序
用高级语言编写的程序，也称为源代码。
目标程序
编译后的程序，也称为目标代码或机器代码。
编译程序
将源程序翻译成目标程序的软件。
编译过程
将源程序通过词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、优化 、目标代码生成等阶段，最终生成目标程序的过程。
编译原理语法分析(1)
例如, 考虑句子 i+i*i 按文法G[E]的推导 最左推导: EE+Ei+Ei+E*E i+i*E i+i*i 最右推导: EE+EE+E*EE+E*i E+i*ii+i*i 注意: 推导过程不唯一, 通常只考虑最左 推导或最右推导。 最右推导又称为规范推导。 规范推导的逆过程称为规范归约。
+ 。 * 意味着或 = , 或 即1 n 1 n 1 n
例如,考虑算术表达式文法G[E]： E→E+E∣E*E∣(E)│i 非终结符E代表一类算术表达式, 从E出发可进行一系列推导, 表达式 i+i*i 的推导如下： E E+E E+E*E E+E*i E+i*i i+i*I 注意: 在每一步推 导中,只能对其中一个 非终结符用其对应的产生式右部的 一个候选式来替换。
文法可表示为 VN为非空非终结符集,且VT∩VN=Φ; (3) S为文法开始符, S∈VN; (4)ξ是产生式的非空有限集, 其中每个 产生式(规则)记作 → 或 ::= 左部∈(VT∪VN)+至少含一非终结符, 右部∈(VT∪VN)*。
B
3.1.3 正规式与上下文无关文法 1. 正规式到上下文无关文法的转换 由正规式构造CFG的一种方法： (1)构造正规式的NFA； (2)若0为初始状态, 则A0为开始符； (3)若存在映射关系f(i,a)=j, 则定义产生式Ai →aAj； (4)若存在映射关系f(i,ε)=j， 则定义产生式Ai →Aj； (5) 若i为终态, 则定义产生式Ai →ε。
产生式 (也称产生式规则或规则) 是 定义语法实体的一种书写规则。一个语 法实体的相关规则可能不止一个, 如: P→1, P→2 , P→n 相同左部的产生式可合并为一个: P→ 1| 2|„| n 其中, i(i=1,2,„,n)称为P的候选式。
编译原理词法分析器和语法分析器(急急急!!!)
编译原理实验报告词法分析器实验目的1．熟练掌握词法分析程序的基本原理2．掌握词法分析程序的设计和实现实验内容1．针对一个简化的C语言子集完成对它的词法分析程序的设计与实现2．C语言子集的单词符号挤内码值程序代码：#include "stdio.h"#include "string.h"int i,j,k;char s;char a[20],token[20];int letter(){if((s>=97)&&(s<=122))return 1;else return 0;}int digit(){if((s>=48)&&(s<=57))return 1;else return 0;}void get(){s=a[i];i=i+1;}void retract(){i=i-1;}int lookup(){if(strcmp(token, "while")==0)return 1;else if(strcmp(token, "if")==0)return 2;else if(strcmp(token,"else")==0)return 3;else if(strcmp(token,"switch")==0)return 4;else if(strcmp(token,"case")==0)return 5;else return 0;}void main(){printf("输入源程序，结束用'#':\n");i=0;do{i++;scanf("%c",&a[i]);}while(a[i]!='#');i=1;memset(token,0,sizeof(char)*20);j=0;get();while(s!='#'){if(s==' ')get();else{switch(s){case'a':case'b':case'c':case'd':case'e':case'f':case'g':case'h':case'i':case'j':case'k':case'l':case'm':case'n':case'o':case'p':case'q':case'r':case's':case't':case'u':case'v':case'w':case'x':case'y':case'z':while(letter(s)||digit(s)){token[j]=s;j++;get();}retract();k=lookup();if(k==0)printf("(%d,%s)\n",6,token); else printf("(%d,unll)\n",k); break;case'0':case'1':case'2':case'3':case'4':case'5':case'6':case'7':case'8':case'9':while(digit(s)){token[j]=s;j=j+1;get();}retract();printf("(%d,%s)\n",7,token); break;case'+':printf("(+,null)\n"); break;case'-':printf("(-,null)\n");break;case'*':printf("(*,null)\n");break;case'<':get();if(s=='=')printf("(relop,LE)\n");else {retract();printf("(relop,LT)\n");}break;case'=':get();if(s=='=')printf("(relop,EQ)\n");else{retract();printf("(=,null)\n");}break;case';':printf("(;,null)\n");break;default:printf("(%c,error)\n",s);break;}memset(token,0,sizeof(char)*10);j=0;get();}}}运行结果：编译原理实验报告语法分析器实验目的1．熟练掌握语法分析程序的基本原理2．掌握用算符优先分析法来构造，设计优先函数3．掌握语法分析程序的设计与实现实验内容1.针对一个简单文法完成对它的语法分析程序的设计与实现2.通过语法分析程序来完成多输入的算数表达式进行计算并相应得到的对应四元式程序代码：#include <stdio.h>char a[20],optr[10],s,op;int i,j,k,opnd[10],x1,x2,x3;int operand(char s){if((s>='0')&&(s<='9'))return 1;elsereturn 0;}int f(char s){switch(s){case'+':return 6;case'-':return 8;case'*':return 10;case'/':return 12;case'(':return 2;case')':return 12;case'#':return 2;default:printf("error!\n");}}int g(char s){switch(s){case'+':return 5;case'-':return 7;case'*':return 9;case'/':return 11;case'(':return 13;case')':return 2;case'#':return 2;default:printf("error!\n");}}void get(){i=i+1;s=a[i];}void main(){printf("请输入算数表达式，以'#'结束:\n");i=0;do{i=i+1;scanf("%c",&a[i]);}while(a[i]!='#');i=0;j=0;k=0;optr[j]='#';get();while((optr[j] != '#')||(s != '#')){if(operand(s)){opnd[k]=s-'0';k=k+1;get();}else if(f(optr[j])>g(s)){op=optr[j];j=j-1;x2=opnd[k-1];x1=opnd[k-2];k=k-2;switch(op){case'+':x3=x1+x2;break;case'-':x3=x1-x2;break;case'*':x3=x1*x2;break;case'/':x3=x1/x2;break;}opnd[k]=x3;k=k+1;printf("(%c,%d,%d,%d)\n",op,x1,x2,x3);}else if(f(optr[j]) < g(s)){j=j+1;optr[j]=s;get();}else if(f(optr[j]) == g(s)){j=j-1;get();}elseprintf("error!");}}运行结果：。
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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编译原理中的词法分析与语法分析在编译原理中，词法分析和语法分析是构建编译器的两个关键步骤。
词法分析器和语法分析器被称为编译器前端的两个主要组成部分。
本
文将分别介绍词法分析和语法分析的定义、作用、实现方法以及它们
在编译过程中的具体应用。
词法分析
词法分析是编译器的第一个阶段，也叫扫描器（Scanner）或词法扫描器。
它的主要任务是将输入的字符流（源代码）转换为一系列的单
词或词法单元（Token），词法单元是编译器在后续分析中使用的最小
有意义的单位，如关键字、标识符、运算符和常量等。
词法分析器的作用是将源代码分解成一个个词法单元，并对这些词
法单元进行分类和标记。
常用的实现方法是有限自动机（DFA）或正
则表达式，他们通过模式匹配来识别和处理词法单元。
在词法分析的
过程中，我们可以排除源代码中不需要的信息，例如空格、注释等，
只保留有实际意义的词法单元。
词法分析的结果是一个词法单元序列，它作为语法分析的输入。
词
法分析器还可以进行错误检查，如识别出非法的标识符或操作符等。
语法分析
语法分析是编译器的第二个阶段，也称为解析器（Parser）。
它的
主要任务是将词法分析阶段产生的词法单元序列转换为一个抽象语法
树（Abstract Syntax Tree，AST）或语法分析树，并根据语法规则检查
源代码的语法正确性。
语法分析器的作用是根据预先定义的文法规则，对词法单元序列进
行推导和匹配，并构建一个代表源代码结构的语法树。
常用的实现方
法有LR分析器和LL分析器，它们通过构建状态转换图和预测分析表
来确定下一步的推导动作。
语法分析的结果是一个表示源代码结构的语法树，它为后续的语义
分析和代码生成提供了便利。
语法分析器还可以检测和报告语法错误，如不匹配的括号或缺失的分号等。
词法分析与语法分析在编译过程中的应用
词法分析和语法分析是编译器的两个关键阶段，它们完成了源代码
解析和结构分析的任务，为后续的语义分析和代码生成提供了基础。
词法分析的结果是一个词法单元序列，它提供了源代码中最小有意
义的单位，为语法分析提供了输入。
词法分析器可以从源代码中去除
不必要的信息，为后续的分析过程提供了简化和加速的效果。
语法分析的结果是一个语法树，它提供了源代码的结构信息，为后
续的语义分析和代码生成提供了基础。
语法分析器可以检测语法错误，并向开发者提供友好的错误提示，帮助开发者找出代码中的问题。
总结
词法分析和语法分析是编译原理中的两个重要概念。
词法分析器将源代码转换为词法单元序列，提供了后续分析的基础。
语法分析器将词法单元序列解析为语法树，提供了源代码结构的信息。
词法分析与语法分析是构建编译器的核心步骤，它们为编译器的后续处理提供了基础。
合理有效地进行词法分析与语法分析，能够提高编译器的性能和准确性，为开发者提供更好的编码体验。
通过本文的介绍，相信读者对于编译原理中的词法分析与语法分析有了更深入的了解，并能够在实际编译器开发中更好地应用它们。
祝愿读者在编译器领域的学习和实践中取得更大的进步！。