编译原理语法

1. 【编译原理】第二章：语言和文法

上述文法 表示，该文法由终结符集合 ，非终结符集合 ，产生式集合 ，以及开始符号 构成。
而产生式 表示，一个表达式（Expression） ，可以由一个标识符（Identifier） 、或者两个表达式由加号 或乘号 连接、或者另一个表达式用括号包裹（ ）构成。

约定 ：在不引起歧义的情况下，可以只写产生式。如以上文法可以简写为：

产生式

可以简写为：

如上例中，

可以简写为：

给定文法 ，如果有 ，那么可以将符号串 重写 为 ，记作 ，这个过程称为 推导 。
如上例中， 可以推导出 或 或 等等。

如果 ，
可以记作 ，则称为 经过n步推导出 ，记作 。

推导的反过程称为 归约 。

如果 ，则称 是 的一个 句型（sentential form ）。

由文法 的开始符号 推导出的所有句子构成的集合称为 文法G生成的语言 ，记作 。
即：

例
文法

表示什么呢？
代表小写字母；
代表数字；
表示若干个字母和数字构成的字符串；
说明 是一个字母、或者是字母开头的字符串。
那么这个文法表示的即是，以字母开头的、非空的字符串，即标识符的构成方式。

并、连接、幂、克林闭包、正闭包。
如上例表示为：

中必须包含一个 非终结符 。

产生式一般形式：
即上式中只有当上下文满足 与 时，才能进行从 到 的推导。

上下文有关文法不包含空产生式（ ）。

产生式的一般形式：
即产生式左边都是非终结符。

右线性文法 ：
左线性文法 ：
以上都成为正则文法。
即产生式的右侧只能有一个终结符，且所有终结符只能在同一侧。

例：（右线性文法）

以上文法满足右线性文法。
以上文法生成一个以字母开头的字母数字串（标识符）。
以上文法等价于 上下文无关文法 ：

正则文法能描述程序设计语言中的多数单词。

正则文法能描述程序设计语言中的多数单词，但不能表示句子构造，所以用到最多的是CFG。

根节点 表示文法开始符号S；
内部节点 表示对产生式 的应用；该节点的标号是产生式左部，子节点从左到右表示了产生式的右部；
叶节点 （又称边缘）既可以是非终结符也可以是终结符。

给定一个句型，其分析树的每一棵子树的边缘称为该句型的一个 短语 。
如果子树高度为2，那么这棵子树的边缘称为该句型的一个 直接短语 。

直接短语一定是某产生式的右部，但反之不一定。

如果一个文法可以为某个句子生成 多棵分析树 ，则称这个文法是 二义性的 。

二义性原因：多个if只有一个else；
消岐规则：每个else只与最近的if匹配。

2. 【编译原理】第四章：语法分析

从分析树的根节点到叶节点方向构造分析树。
即从开始符号S推导出词串w的过程。

例：

总是选择每个句型的 最左非终结符 进行替换。

总是选择每个句型的 最右非终结符 进行替换。

在自底向上的分析中，总是采用 最左规约 的方式，因此把 最左规约 称为 规范规约 ，对应的 最右推导 称为 规范推导 。

最左推导、最右推导具有唯一性。

自顶向下的语法分析采用最左推导方试，总是选择每个句型的 最左非终结符 进行替换。

由一组 过程 组成，每一个过程对应一个 非终结符 。
从文法开始符号S开始，递归调用文法中的其他非终结符，最终扫描整个输入串，完成分析。

如果其间有不唯一的产生式，就可能需要退回上一步重新尝试的情况，称为 回溯 。

预测分析 是 递归下降分析 技术的一个特例，通过输入中向前看固定个数的符号选择正确的产生式。
如果一个文法可以构造出向前看k个符号的预测分析器，称为LL(k)文法 。

预测分析不需要回溯，具有确定性。

含有 形式产生式的文法称为是 直接左递归 的。
如果一个文法中有一个非终结符A使得对某个串存在推导 ，那么这个文法是 左递归 的。其中，经过两步或以上推导产生的左递归，称为 间接左递归 的。
左递归会使递归下降分析器陷入无限循环。

文法
即
该文法是直接左递归的，会陷入无限循环。

将以上文法转换为：


即可消除左递归。事实上，这个过程把左递归转换成了右递归。

消除直接左递归的一般形式

使用代入法。

对于一个文法，通过改写产生式来 推迟决定 ，等获得足够多的输入信息再做正确的决定。

例：文法：

可以改写为：

从文法的开始符号S开始，每一步推导根据当前句型的最左非终结符A和当前输入符号α，选择正确的A-产生式。为保证分析的确定性，选出的候选式必须是唯一的。

S_文法（简单的确定型文法）

可能在某个举行中紧跟在A后面的终结符a的集合，记为 FOLLOW(A) 。
如果A是某个句型的最右符号，则将结束符“ $ ”添加到FOLLOW(A)中。

例：文法：






中，FOLLOW(B) = {a, c}

产生式 的可选集是指可以选用该产生式进行推导时对应的输入符号的集合，记为 SELECT(A->β) 。
例如
SELECT(A -> aβ)={a}
SELECT(A -> aβ | bγ)={a, b}
SELECT(A -> ε)=FOLLOW(A)

q_文法

文法符号串α串首终结符的集合，记作 FIRST(A) 。

3. 关于编译原理中语义语法的理解

一种语言是合法句子的集合。什么样的句子是合法的呢？可以从两方面来判断：语法和语义。语法是和文法结构有关，然而语义是和按照这个结构所组合的单词符号的意义有关。合理的语法结构并不表明语义是合法的。例如我们常说：我上大学，这个句子是符合语法规则的，也符合语义规则。但是大学上我，虽然符合语法规则，但没有什么意义，所以说是不符合语义的。

4. 编译原理中词法分析和语法分析的任务分别是什么

在编译原理中，语法规则和词法规则不同之处在于：规则主要识别单词,而语法主要识别多个单词组成的句子。
词法分析和词法分析程序：
词法分析阶段是编译过程的第一个阶段。这个阶段的任务是从左到右一个字符一个字符地读入源程序，即对构成源程序的字符流进行扫描然后根据构词规则识别单词(也称单词符号或符号)。词法分析程序实现这个任务。词法分析程序可以使用lex等工具自动生成。
语法分析（Syntax analysis或Parsing）和语法分析程序（Parser）
语法分析是编译过程的一个逻辑阶段。语法分析的任务是在词法分析的基础上将单词序列组合成各类语法短语，如“程序”，“语句”，“表达式”等等.语法分析程序判断源程序在结构上是否正确.源程序的结构由上下文无关文法描述.
语义分析（Syntax analysis）
语义分析是编译过程的一个逻辑阶段. 语义分析的任务是对结构上正确的源程序进行上下文有关性质的审查, 进行类型审查.语义分析将审查类型并报告错误:不能在表达式中使用一个数组变量,赋值语句的右端和左端的类型不匹配.

5. 编译原理语法分析有哪几种方法

语法分析有自上而下和自下而上两种分析方法
其中
自上而下：递归下降，LL(1)
自下而上：LR(0),SLR(1),LR(1),LALR(1)

6. 编译原理中的语法和文法一样吗

编译原理中的语法和文法是不一样的，但却融会贯通。
在计算机科学中，文法是编译原理的基础，是描述一门程序设计语言和实现其编译器的方法。
文法分成四种类型，即0型、1型、2型和3型。这几类文法的差别在于对产生式施加不同的限制。
形式语言，这种理论对计算机科学有着深刻的影响，特别是对程序设计语言的设计、编译方法和计算复杂性等方面更有重大的作用。
多数程序设计语言的单词的语法都能用正规文法或3型文法（3型文法G=(VN，VT，P，S)的P中的规则有两种形式：一种是前面定义的形式，即：A→aB或A→a其中A，B∈VN ，a∈VT*，另一种形式是：A→Ba或A→a，前者称为右线性文法，后者称为左线性文法。正规文法所描述的是VT*上的正规集）来描述。
四个文法类的定义是逐渐增加限制的，因此每一种正规文法都是上下文无关的，每一种上下文无关文法都是上下文有关的，而每一种上下文有关文法都是0型文法。称0型文法产生的语言为0型语言。上下文有关文法、上下文无关文法和正规文法产生的语言分别称为上下文有关语言、上下文无关语言和正规语言。

7. 编译原理-LL1文法详细讲解

我们知道2型文法( CFG )，它的每个产生式类型都是 α→β ,其中 α ∈ VN , β ∈ (VN∪VT)*。

例如, 一个表达式的文法:

最终推导出 id + (id + id) 的句子，那么它的推导过程就会构成一颗树，即 CFG 分析树：

从分析树可以看出，我们从文法开始符号起，不断地利用产生式的右部替换产生式左部的非终结符，最终推导出我们想要的句子。这种方式我们称为自顶向下分析法。

从文法开始符号起，不断用非终结符的候选式(即产生式)替换当前句型中的非终结符，最终得到相应的句子。
在每一步推导过程中，我们需要做两个选择:

因为一个句型中，可能存在多个非终结符，我们就不确定选择那一个非终结符进行替换。
对于这种情况，我们就需要做强制规定，每次都选择句型中第一个非终结符进行替换(或者每次都选择句型中最后一个非终结符进行替换)。

自顶向下的语法分析采用最左推导方式，即总是选择每个句型的最左非终结符进行替换。

最终的结果是要推导出一个特定句子(例如 id + (id + id) )。
我们将特定句子看成一个输入字符串，而每一个非终结符对应一个处理方法，这个处理方法用来匹配输入字符串的部分，算法如下:

方法解析:

这种方式称为递归下降分析( Recursive-Descent Parsing )：

当选择的候选式不正确，就需要回溯( backtracking )，重新选择候选式，进行下一次尝试匹配。因为要不断的回溯，导致分析效率比较低。

这种方式叫做预测分析( Predictive Parsing )：

要实现预测分析，我们必须保证从文法开始符号起，每一个推导过程中，当前句型最左非终结符 A 对于当前输入字符 a ,只能得到唯一的 A 候选式。

根据上面的解决方法，我们首先想到，如果非终结符 A 的候选式只有一个以终结符 a 开头候选式不就行了么。
进而我们可以得出，如果一个非终结符 A ，它的候选式都是以终结符开头，并且这些终结符都各不相同，那么本身就符合预测分析了。

这就是S_文法，满足下面两个条件:

例子:

这就是一个典型的S_文法，它的每一个非终结符遇到任一终结符得到候选式是确定的。如 S -> aA | bAB , 只有遇到终结符 a 和 b 的时候，才能返回 S 的候选式，遇到其他终结符时，直接报错，匹配不成功。

虽然S_文法可以实现预测分析，但是从它的定义上看，S_文法不支持空产生式(ε产生式)，极大地限制了它的应用。

什么是空产生式(ε产生式)？

例子

这里 A 有了空产生式，那么 S 的产生式组 S -> aA | bAB ，就可以是 a | bB ,这样 a , bb , bc 就变成这个文法 G 的新句子了。

根据预测分析的定义，非终结符对于任一终结符得到的产生式是确定的，要么能获取唯一的产生式，要么不匹配直接报错。

那么空产生式何时被选择呢？

由此可以引入非终结符 A 的后继符号集的概念:
定义: 由文法 G 推导出来的所有句型，可以出现在非终结符 A 后边的终结符 a 的集合，就是这个非终结符 A 的后继符号集，记为 FOLLOW(A) 。

因此对于 A -> ε 空产生式，只要遇到非终结符 A 的后继符号集中的字符，可以选择这个空产生式。
那么对于 A -> a 这样的产生式，只要遇到终结符 a 就可以选择了。

由此我们引入的产生式可选集概念:
定义: 在进行推导时，选用非终结符 A 一个产生式 A→β 对应的输入符号的集合，记为 SELECT(A→β)

因为预测分析要求非终结符 A 对于输入字符 a ,只能得到唯一的 A 候选式。
那么对于一个文法 G 的所有产生式组，要求有相同左部的产生式，它们的可选集不相交。

在 S_文法基础上，我们允许有空产生式，但是要做限制:

将上面例子中的文法改造:

但是q_文法的产生式不能是非终结符打头，这就限制了其应用，因此引入LL(1)文法。

LL(1)文法允许产生式的右部首字符是非终结符，那么怎么得到这个产生式可选集。
我们知道对于产生式:

定义: 给定一个文法符号串 α ， α 的 串首终结符集 FIRST(α) 被定义为可以从 α 推导出的所有串首终结符构成的集合。

定义已经了解清楚了，那么该如何求呢？
例如一个文法符号串 BCDe , 其中 B C D 都是非终结符， e 是终结符。

因此对于一个文法符号串 X1X2 … Xn ，求解 串首终结符集 FIRST(X1X2 … Xn) 算法:

但是这里有一个关键点，如何求非终结符的串首终结符集？

因此对于一个非终结符 A , 求解 串首终结符集 FIRST(A) 算法:

这里大家可能有个疑惑，怎么能将 FIRST(Bβ) 添加到 FIRST(A) 中，如果问文法符号串 Bβ 中包含非终结符 A ，就产生了循环调用的情况，该怎么办?

对于 串首终结符集 ，我想大家疑惑的点就是，串首终结符集到底是针对 文法符号串 的，还是针对 非终结符 的，这个容易弄混。
其实我们应该知道， 非终结符 本身就属于一个特殊的 文法符号串 。
而求解 文法符号串 的串首终结符集，其实就是要知道文法符号串中每个字符的串首终结符集:

上面章节我们知道了，对于非终结符 A 的 后继符号集 :
就是由文法 G 推导出来的所有句型，可以出现在非终结符 A 后边的终结符的集合，记为 FOLLOW(A) 。

仔细想一下，什么样的终结符可以出现在非终结符 A 后面，应该是在产生式中就位于 A 后面的终结符。例如 S -> Aa ，那么终结符 a 肯定属于 FOLLOW(A) 。

因此求非终结符 A 的 后继符号集 算法：

如果非终结符 A 是产生式结尾，那么说明这个产生式左部非终结符后面能出现的终结符，也都可以出现在非终结符 A 后面。

我们可以求出 LL(1) 文法中每个产生式可选集:

根据产生式可选集，我们可以构建一个预测分析表，表中的每一行都是一个非终结符，表中的每一列都是一个终结符，包括结束符号 $ ，而表中的值就是产生式。
这样进行语法推导的时候，非终结符遇到当前输入字符，就可以从预测分析表中获取对应的产生式了。

有了预测分析表，我们就可以进行预测分析了，具体流程:

可以这么理解：

我们知道要实现预测分析，要求相同左部的产生式，它们的可选集是不相交。
但是有的文法结构不符合这个要求，要进行改造。

如果相同左部的多个产生式有共同前缀，那么它们的可选集必然相交。
例如:

那么如何进行改造呢？
其实很简单，进行如下转换:

如此文法的相同左部的产生式，它们的可选集是不相交，符合现预测分析。

这种改造方法称为 提取公因子算法 。

当我们自顶向下的语法分析时，就需要采用最左推导方式。
而这个时候，如果产生式左部和产生式右部首字符一样(即A→Aα)，那么推导就可能陷入无限循环。
例如:

因此对于:

文法中不能包含这两种形式，不然最左推导就没办法进行。

例如:

它能够推导出如下:

你会惊奇的发现，它能推导出 b 和 (a)* (即由 0 个 a 或者无数个 a 生成的文法符号串)。其实就可以改造成:

因此消除 直接左递归 算法的一般形式：

例如:

消除间接左递归的方法就是直接带入消除，即

消除间接左递归算法：

这个算法看起来描述很多，其实理解起来很简单：

思考 : 我们通过 Ai -> Ajβ 来判断是不是间接左递归，那如果有产生式 Ai -> BAjβ 且 B -> ε ,那么它是不是间接左递归呢？
间接地我们可以推出如果一个产生式 Ai -> αAjβ 且 FIRST(α) 包括空串ε，那么这个产生式是不是间接左递归。

8. 编译原理笔记7：语法分析（1）语法分析器的任务、语法错误的处理

语法分析器的两项主要任务，分别：

源程序中的错误可以分为词法/语法错误、语义错误两类。前者主要形式是命名不合法、关键字书写错误、语法结构有问题（比如缺分号、该配对的东西不配对）等；后者则可分为静态/动态两种，静态例如类型使用错误、参数使用错误等，动态语义错误则是无穷递归这类逻辑性的问题。

例如：

紧急恢复：x = a+b+d; // 丢弃掉 b 后的记号，直到遇到 +

短语级恢复： x = a+b; // 加入分号

在写程序时，要养成减少错误的好习惯：每次用变量、参数时，要在使用之前进行初始化，并在直接使用之前检查一下是否出现值为空等问题，防止出现不可预知的错误

9. 如何通俗易懂地解释编译原理中语法分析的过程

语法分析（Syntax analysis或Parsing）和语法分析程序（Parser）
语法分析是编译过程的一个逻辑阶段。语法分析的任务是在词法分析的基础上将单词序列组合成各类语法短语，如“程序”，“语句”，“表达式”等等.语法分析程序判断源程序在结构上是否正确.源程序的结构由上下文无关文法描述.

10. 编译原理文法

编译原理文法的概念为：每一种自然语言或者是编程语言都需要文法来描述，文法相当于语言学的语义分析，即分析每一句话所表示的含义，编译器需要利用文法来完成其语法分析和语义分析。

字母表是元素的非空有穷集合，字母表中的元素称之为符号，因此，字母表也称之为符号集。例如C语言中的字母表由字母、数字、关键字等组成。

符号串，就是由符号集中的元素组成的序列。例如，给定符号集a、b、c，那么abc、abb、ac就是由该符号集组成的符号串。一个文法中，含有一个，或多个产生式，产生式，描述了将终结符集合和非终结符集合组合成串的方法。