編譯原理語法

1. 【編譯原理】第二章：語言和文法

上述文法 表示，該文法由終結符集合 ，非終結符集合 ，產生式集合 ，以及開始符號 構成。
而產生式 表示，一個表達式（Expression） ，可以由一個標識符（Identifier） 、或者兩個表達式由加號 或乘號 連接、或者另一個表達式用括弧包裹（ ）構成。

約定 ：在不引起歧義的情況下，可以只寫產生式。如以上文法可以簡寫為：

產生式

可以簡寫為：

如上例中，

可以簡寫為：

給定文法 ，如果有 ，那麼可以將符號串 重寫 為 ，記作 ，這個過程稱為 推導 。
如上例中， 可以推導出 或 或 等等。

如果 ，
可以記作 ，則稱為 經過n步推導出 ，記作 。

推導的反過程稱為 歸約 。

如果 ，則稱 是 的一個 句型（sentential form ）。

由文法 的開始符號 推導出的所有句子構成的集合稱為 文法G生成的語言 ，記作 。
即：

例
文法

表示什麼呢？
代表小寫字母；
代表數字；
表示若干個字母和數字構成的字元串；
說明 是一個字母、或者是字母開頭的字元串。
那麼這個文法表示的即是，以字母開頭的、非空的字元串，即標識符的構成方式。

並、連接、冪、克林閉包、正閉包。
如上例表示為：

中必須包含一個 非終結符 。

產生式一般形式：
即上式中只有當上下文滿足 與 時，才能進行從 到 的推導。

上下文有關文法不包含空產生式（ ）。

產生式的一般形式：
即產生式左邊都是非終結符。

右線性文法 ：
左線性文法 ：
以上都成為正則文法。
即產生式的右側只能有一個終結符，且所有終結符只能在同一側。

例：（右線性文法）

以上文法滿足右線性文法。
以上文法生成一個以字母開頭的字母數字串（標識符）。
以上文法等價於 上下文無關文法 ：

正則文法能描述程序設計語言中的多數單詞。

正則文法能描述程序設計語言中的多數單詞，但不能表示句子構造，所以用到最多的是CFG。

根節點 表示文法開始符號S；
內部節點 表示對產生式 的應用；該節點的標號是產生式左部，子節點從左到右表示了產生式的右部；
葉節點 （又稱邊緣）既可以是非終結符也可以是終結符。

給定一個句型，其分析樹的每一棵子樹的邊緣稱為該句型的一個 短語 。
如果子樹高度為2，那麼這棵子樹的邊緣稱為該句型的一個 直接短語 。

直接短語一定是某產生式的右部，但反之不一定。

如果一個文法可以為某個句子生成 多棵分析樹 ，則稱這個文法是 二義性的 。

二義性原因：多個if只有一個else；
消岐規則：每個else只與最近的if匹配。

2. 【編譯原理】第四章：語法分析

從分析樹的根節點到葉節點方向構造分析樹。
即從開始符號S推導出詞串w的過程。

例：

總是選擇每個句型的 最左非終結符 進行替換。

總是選擇每個句型的 最右非終結符 進行替換。

在自底向上的分析中，總是採用 最左規約 的方式，因此把 最左規約 稱為 規范規約 ，對應的 最右推導 稱為 規范推導 。

最左推導、最右推導具有唯一性。

自頂向下的語法分析採用最左推導方試，總是選擇每個句型的 最左非終結符 進行替換。

由一組 過程 組成，每一個過程對應一個 非終結符 。
從文法開始符號S開始，遞歸調用文法中的其他非終結符，最終掃描整個輸入串，完成分析。

如果其間有不唯一的產生式，就可能需要退回上一步重新嘗試的情況，稱為 回溯 。

預測分析 是 遞歸下降分析 技術的一個特例，通過輸入中向前看固定個數的符號選擇正確的產生式。
如果一個文法可以構造出向前看k個符號的預測分析器，稱為LL(k)文法 。

預測分析不需要回溯，具有確定性。

含有 形式產生式的文法稱為是 直接左遞歸 的。
如果一個文法中有一個非終結符A使得對某個串存在推導 ，那麼這個文法是 左遞歸 的。其中，經過兩步或以上推導產生的左遞歸，稱為 間接左遞歸 的。
左遞歸會使遞歸下降分析器陷入無限循環。

文法
即
該文法是直接左遞歸的，會陷入無限循環。

將以上文法轉換為：


即可消除左遞歸。事實上，這個過程把左遞歸轉換成了右遞歸。

消除直接左遞歸的一般形式

使用代入法。

對於一個文法，通過改寫產生式來 推遲決定 ，等獲得足夠多的輸入信息再做正確的決定。

例：文法：

可以改寫為：

從文法的開始符號S開始，每一步推導根據當前句型的最左非終結符A和當前輸入符號α，選擇正確的A-產生式。為保證分析的確定性，選出的候選式必須是唯一的。

S_文法（簡單的確定型文法）

可能在某個舉行中緊跟在A後面的終結符a的集合，記為 FOLLOW(A) 。
如果A是某個句型的最右符號，則將結束符「 $ 」添加到FOLLOW(A)中。

例：文法：






中，FOLLOW(B) = {a, c}

產生式 的可選集是指可以選用該產生式進行推導時對應的輸入符號的集合，記為 SELECT(A->β) 。
例如
SELECT(A -> aβ)={a}
SELECT(A -> aβ | bγ)={a, b}
SELECT(A -> ε)=FOLLOW(A)

q_文法

文法符號串α串首終結符的集合，記作 FIRST(A) 。

3. 關於編譯原理中語義語法的理解

一種語言是合法句子的集合。什麼樣的句子是合法的呢？可以從兩方面來判斷：語法和語義。語法是和文法結構有關，然而語義是和按照這個結構所組合的單詞符號的意義有關。合理的語法結構並不表明語義是合法的。例如我們常說：我上大學，這個句子是符合語法規則的，也符合語義規則。但是大學上我，雖然符合語法規則，但沒有什麼意義，所以說是不符合語義的。

4. 編譯原理中詞法分析和語法分析的任務分別是什麼

在編譯原理中，語法規則和詞法規則不同之處在於：規則主要識別單詞,而語法主要識別多個單片語成的句子。
詞法分析和詞法分析程序：
詞法分析階段是編譯過程的第一個階段。這個階段的任務是從左到右一個字元一個字元地讀入源程序，即對構成源程序的字元流進行掃描然後根據構詞規則識別單詞(也稱單詞符號或符號)。詞法分析程序實現這個任務。詞法分析程序可以使用lex等工具自動生成。
語法分析（Syntax analysis或Parsing）和語法分析程序（Parser）
語法分析是編譯過程的一個邏輯階段。語法分析的任務是在詞法分析的基礎上將單詞序列組合成各類語法短語，如「程序」，「語句」，「表達式」等等.語法分析程序判斷源程序在結構上是否正確.源程序的結構由上下文無關文法描述.
語義分析（Syntax analysis）
語義分析是編譯過程的一個邏輯階段. 語義分析的任務是對結構上正確的源程序進行上下文有關性質的審查, 進行類型審查.語義分析將審查類型並報告錯誤:不能在表達式中使用一個數組變數,賦值語句的右端和左端的類型不匹配.

5. 編譯原理語法分析有哪幾種方法

語法分析有自上而下和自下而上兩種分析方法
其中
自上而下：遞歸下降，LL(1)
自下而上：LR(0),SLR(1),LR(1),LALR(1)

6. 編譯原理中的語法和文法一樣嗎

編譯原理中的語法和文法是不一樣的，但卻融會貫通。
在計算機科學中，文法是編譯原理的基礎，是描述一門程序設計語言和實現其編譯器的方法。
文法分成四種類型，即0型、1型、2型和3型。這幾類文法的差別在於對產生式施加不同的限制。
形式語言，這種理論對計算機科學有著深刻的影響，特別是對程序設計語言的設計、編譯方法和計算復雜性等方面更有重大的作用。
多數程序設計語言的單詞的語法都能用正規文法或3型文法（3型文法G=(VN，VT，P，S)的P中的規則有兩種形式：一種是前面定義的形式，即：A→aB或A→a其中A，B∈VN ，a∈VT*，另一種形式是：A→Ba或A→a，前者稱為右線性文法，後者稱為左線性文法。正規文法所描述的是VT*上的正規集）來描述。
四個文法類的定義是逐漸增加限制的，因此每一種正規文法都是上下文無關的，每一種上下文無關文法都是上下文有關的，而每一種上下文有關文法都是0型文法。稱0型文法產生的語言為0型語言。上下文有關文法、上下文無關文法和正規文法產生的語言分別稱為上下文有關語言、上下文無關語言和正規語言。

7. 編譯原理-LL1文法詳細講解

我們知道2型文法( CFG )，它的每個產生式類型都是 α→β ,其中 α ∈ VN , β ∈ (VN∪VT)*。

例如, 一個表達式的文法:

最終推導出 id + (id + id) 的句子，那麼它的推導過程就會構成一顆樹，即 CFG 分析樹：

從分析樹可以看出，我們從文法開始符號起，不斷地利用產生式的右部替換產生式左部的非終結符，最終推導出我們想要的句子。這種方式我們稱為自頂向下分析法。

從文法開始符號起，不斷用非終結符的候選式(即產生式)替換當前句型中的非終結符，最終得到相應的句子。
在每一步推導過程中，我們需要做兩個選擇:

因為一個句型中，可能存在多個非終結符，我們就不確定選擇那一個非終結符進行替換。
對於這種情況，我們就需要做強制規定，每次都選擇句型中第一個非終結符進行替換(或者每次都選擇句型中最後一個非終結符進行替換)。

自頂向下的語法分析採用最左推導方式，即總是選擇每個句型的最左非終結符進行替換。

最終的結果是要推導出一個特定句子(例如 id + (id + id) )。
我們將特定句子看成一個輸入字元串，而每一個非終結符對應一個處理方法，這個處理方法用來匹配輸入字元串的部分，演算法如下:

方法解析:

這種方式稱為遞歸下降分析( Recursive-Descent Parsing )：

當選擇的候選式不正確，就需要回溯( backtracking )，重新選擇候選式，進行下一次嘗試匹配。因為要不斷的回溯，導致分析效率比較低。

這種方式叫做預測分析( Predictive Parsing )：

要實現預測分析，我們必須保證從文法開始符號起，每一個推導過程中，當前句型最左非終結符 A 對於當前輸入字元 a ,只能得到唯一的 A 候選式。

根據上面的解決方法，我們首先想到，如果非終結符 A 的候選式只有一個以終結符 a 開頭候選式不就行了么。
進而我們可以得出，如果一個非終結符 A ，它的候選式都是以終結符開頭，並且這些終結符都各不相同，那麼本身就符合預測分析了。

這就是S_文法，滿足下面兩個條件:

例子:

這就是一個典型的S_文法，它的每一個非終結符遇到任一終結符得到候選式是確定的。如 S -> aA | bAB , 只有遇到終結符 a 和 b 的時候，才能返回 S 的候選式，遇到其他終結符時，直接報錯，匹配不成功。

雖然S_文法可以實現預測分析，但是從它的定義上看，S_文法不支持空產生式(ε產生式)，極大地限制了它的應用。

什麼是空產生式(ε產生式)？

例子

這里 A 有了空產生式，那麼 S 的產生式組 S -> aA | bAB ，就可以是 a | bB ,這樣 a , bb , bc 就變成這個文法 G 的新句子了。

根據預測分析的定義，非終結符對於任一終結符得到的產生式是確定的，要麼能獲取唯一的產生式，要麼不匹配直接報錯。

那麼空產生式何時被選擇呢？

由此可以引入非終結符 A 的後繼符號集的概念:
定義: 由文法 G 推導出來的所有句型，可以出現在非終結符 A 後邊的終結符 a 的集合，就是這個非終結符 A 的後繼符號集，記為 FOLLOW(A) 。

因此對於 A -> ε 空產生式，只要遇到非終結符 A 的後繼符號集中的字元，可以選擇這個空產生式。
那麼對於 A -> a 這樣的產生式，只要遇到終結符 a 就可以選擇了。

由此我們引入的產生式可選集概念:
定義: 在進行推導時，選用非終結符 A 一個產生式 A→β 對應的輸入符號的集合，記為 SELECT(A→β)

因為預測分析要求非終結符 A 對於輸入字元 a ,只能得到唯一的 A 候選式。
那麼對於一個文法 G 的所有產生式組，要求有相同左部的產生式，它們的可選集不相交。

在 S_文法基礎上，我們允許有空產生式，但是要做限制:

將上面例子中的文法改造:

但是q_文法的產生式不能是非終結符打頭，這就限制了其應用，因此引入LL(1)文法。

LL(1)文法允許產生式的右部首字元是非終結符，那麼怎麼得到這個產生式可選集。
我們知道對於產生式:

定義: 給定一個文法符號串 α ， α 的 串首終結符集 FIRST(α) 被定義為可以從 α 推導出的所有串首終結符構成的集合。

定義已經了解清楚了，那麼該如何求呢？
例如一個文法符號串 BCDe , 其中 B C D 都是非終結符， e 是終結符。

因此對於一個文法符號串 X1X2 … Xn ，求解 串首終結符集 FIRST(X1X2 … Xn) 演算法:

但是這里有一個關鍵點，如何求非終結符的串首終結符集？

因此對於一個非終結符 A , 求解 串首終結符集 FIRST(A) 演算法:

這里大家可能有個疑惑，怎麼能將 FIRST(Bβ) 添加到 FIRST(A) 中，如果問文法符號串 Bβ 中包含非終結符 A ，就產生了循環調用的情況，該怎麼辦?

對於 串首終結符集 ，我想大家疑惑的點就是，串首終結符集到底是針對 文法符號串 的，還是針對 非終結符 的，這個容易弄混。
其實我們應該知道， 非終結符 本身就屬於一個特殊的 文法符號串 。
而求解 文法符號串 的串首終結符集，其實就是要知道文法符號串中每個字元的串首終結符集:

上面章節我們知道了，對於非終結符 A 的 後繼符號集 :
就是由文法 G 推導出來的所有句型，可以出現在非終結符 A 後邊的終結符的集合，記為 FOLLOW(A) 。

仔細想一下，什麼樣的終結符可以出現在非終結符 A 後面，應該是在產生式中就位於 A 後面的終結符。例如 S -> Aa ，那麼終結符 a 肯定屬於 FOLLOW(A) 。

因此求非終結符 A 的 後繼符號集 演算法：

如果非終結符 A 是產生式結尾，那麼說明這個產生式左部非終結符後面能出現的終結符，也都可以出現在非終結符 A 後面。

我們可以求出 LL(1) 文法中每個產生式可選集:

根據產生式可選集，我們可以構建一個預測分析表，表中的每一行都是一個非終結符，表中的每一列都是一個終結符，包括結束符號 $ ，而表中的值就是產生式。
這樣進行語法推導的時候，非終結符遇到當前輸入字元，就可以從預測分析表中獲取對應的產生式了。

有了預測分析表，我們就可以進行預測分析了，具體流程:

可以這么理解：

我們知道要實現預測分析，要求相同左部的產生式，它們的可選集是不相交。
但是有的文法結構不符合這個要求，要進行改造。

如果相同左部的多個產生式有共同前綴，那麼它們的可選集必然相交。
例如:

那麼如何進行改造呢？
其實很簡單，進行如下轉換:

如此文法的相同左部的產生式，它們的可選集是不相交，符合現預測分析。

這種改造方法稱為 提取公因子演算法 。

當我們自頂向下的語法分析時，就需要採用最左推導方式。
而這個時候，如果產生式左部和產生式右部首字元一樣(即A→Aα)，那麼推導就可能陷入無限循環。
例如:

因此對於:

文法中不能包含這兩種形式，不然最左推導就沒辦法進行。

例如:

它能夠推導出如下:

你會驚奇的發現，它能推導出 b 和 (a)* (即由 0 個 a 或者無數個 a 生成的文法符號串)。其實就可以改造成:

因此消除 直接左遞歸 演算法的一般形式：

例如:

消除間接左遞歸的方法就是直接帶入消除，即

消除間接左遞歸演算法：

這個演算法看起來描述很多，其實理解起來很簡單：

思考 : 我們通過 Ai -> Ajβ 來判斷是不是間接左遞歸，那如果有產生式 Ai -> BAjβ 且 B -> ε ,那麼它是不是間接左遞歸呢？
間接地我們可以推出如果一個產生式 Ai -> αAjβ 且 FIRST(α) 包括空串ε，那麼這個產生式是不是間接左遞歸。

8. 編譯原理筆記7：語法分析（1）語法分析器的任務、語法錯誤的處理

語法分析器的兩項主要任務，分別：

源程序中的錯誤可以分為詞法/語法錯誤、語義錯誤兩類。前者主要形式是命名不合法、關鍵字書寫錯誤、語法結構有問題（比如缺分號、該配對的東西不配對）等；後者則可分為靜態/動態兩種，靜態例如類型使用錯誤、參數使用錯誤等，動態語義錯誤則是無窮遞歸這類邏輯性的問題。

例如：

緊急恢復：x = a+b+d; // 丟棄掉 b 後的記號，直到遇到 +

短語級恢復： x = a+b; // 加入分號

在寫程序時，要養成減少錯誤的好習慣：每次用變數、參數時，要在使用之前進行初始化，並在直接使用之前檢查一下是否出現值為空等問題，防止出現不可預知的錯誤

9. 如何通俗易懂地解釋編譯原理中語法分析的過程

語法分析（Syntax analysis或Parsing）和語法分析程序（Parser）
語法分析是編譯過程的一個邏輯階段。語法分析的任務是在詞法分析的基礎上將單詞序列組合成各類語法短語，如「程序」，「語句」，「表達式」等等.語法分析程序判斷源程序在結構上是否正確.源程序的結構由上下文無關文法描述.

10. 編譯原理文法

編譯原理文法的概念為：每一種自然語言或者是編程語言都需要文法來描述，文法相當於語言學的語義分析，即分析每一句話所表示的含義，編譯器需要利用文法來完成其語法分析和語義分析。

字母表是元素的非空有窮集合，字母表中的元素稱之為符號，因此，字母表也稱之為符號集。例如C語言中的字母表由字母、數字、關鍵字等組成。

符號串，就是由符號集中的元素組成的序列。例如，給定符號集a、b、c，那麼abc、abb、ac就是由該符號集組成的符號串。一個文法中，含有一個，或多個產生式，產生式，描述了將終結符集合和非終結符集合組合成串的方法。