上下文无关文法及其分析树
上下文无关文法是程序设计语言所使用的语法。它的特点是同样的字符串在不同的语境下,意思不变。满足上下文无关文法的语言便于计算机识别和处理。我们已经介绍过,语言是语句的集合,而语句是通过产生式定义的。上下文无关文法要求产生式的左部有且仅有一个非终结符。
例如:考虑如下文法G,其非终结符集合为{L, D},终结符集合为{0,1,2,…,9,+,-},开始符号为L,产生式集合为
L \rightarrow L + D | L - D | D
D \rightarrow 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
上面两个产生式中”|”表示“或”运算。产生式L→L+D|L−D|DL \rightarrow L + D | L - D | D是产生式集合
L \rightarrow L + D
L \rightarrow L - D
L \rightarrow D
的缩写。
同样地产生式 D→0|1|2|3|4|5|6|7|8|9D \rightarrow 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9是产生式集合
D \rightarrow 0
D \rightarrow 1
D \rightarrow 2
…
D \rightarrow 9
的缩写。
本例定义的文法是所有由‘+’和‘-’分割的数字序列组成的集合。
为了描述语法分析过程,需要引入分析树的概念。
分析树具有如下特性。
- 根节点是开始字符。
- 非叶子节点是非终结符(或者特殊的空串非终结符,见后文)。
- 叶子节点是终结符。
- 任何一个节点与它的子节点对应一个产生式。
例如:1+2-3的分析树如下。
整个分析过程如下
\begin{array}{lcl} L &\rightarrow& L - D\\ &\overset{D\rightarrow 3}{\rightarrow}& L - 3\\ &\overset{L\rightarrow L + D}{\rightarrow}& L + D - 3\\ &\overset{D\rightarrow 2}{\rightarrow}& L + 2 - 3\\ &\overset{L\rightarrow D}{\rightarrow}& D + 2 - 3\\ &\overset{D\rightarrow 1}{\rightarrow}& 1 + 2 - 3. \end{array}
如果一个语句能够构成一棵完整的分析树,则成为这个语句是合法的。事实上,语法分析的过程,就是构造分析树的过程。虽然我们在实现的时候,并不一定显示地构造这棵分析树。但是分析树的思想贯穿整个语法分析的始终。
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