第二章 高级语言及其语法描述

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与机器语言或汇编语言比较，高级语言的优点

• 易于理解
• 易于维护
• 编写效率高
• 易于移植

1. 程序语言定义（掌握）

程序语言由两方面定义：语法、语义。

1.1 语法

• 定义：一组规则，用它可以形成和产生一个合式 (well-formed（结构合理的）) 的程序。

• 词法规则：单词符号的形成规则。

  • 单词符号是语言中具有独立意义的最基本结构
  • 一般包括：常数、标识符、基本字、算符、界符等。
  • 描述工具：有限自动机

• 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、分程序、过程、函 数、程序等 。
  • 描述工具：上下文无关文法

• 语言的词法规则和语法规则定义了程序的形式结构。

1.2 语义

• 定义：一组规则，用它可以定义一个程序的意义。

1.3 关于程序

• 程序：本质上说是描述一定数据的处理过程。

• 程序语言的基本功能：描述数据和对数据的运算。

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2. 高级语言的一般特性

2.1 高级语言的分类（了解）

1. 强制式语言、过程式语言：必须把解答问题的过程清晰地描述出来。
2. 应用式语言：注重程序所表示的功能，将问题的结构描述出来，尤其是递归结构。
3. 基于规则的语言：检查一定的条件，当它满足值，则执行适当的动作。
4. 面向对象语言：封装性、继承性和多态性。

2.2 程序结构（了解）

1. 如FORTRAN语言，非嵌套、非递归结构。
2. 如PASCAL语言，可以嵌套和递归，允许动态申请和释放内存。
3. 如ADA语言，一个程序包分为两部分，可见的规范说明部分，它定义了程序包外面可以访问的对象，程序包体部分，它实际定义程序包的实现细节。封装。
4. 如JAVA语言，面向对象的高级语言，注意ADA语言不能称为面向对象语言是因为ADA语言不支持多态等。

• 作用域：一个名字能被使用的区域范围称作这个名字的作用域。
• 名字作用域规则—— " 最近嵌套原则 "
  

2.3 数据类型与操作（掌握）

• 一个数据类型通常包括三种要素

  1. 用于区别这种类型数据对象的属性。
  2. 这种类型的数据对象可以具有的值。
  3. 可以作用于这种类型的数据对象的操作。

• 初等数据类型

  1. 数值类型
  2. 逻辑类型
  3. 字符类型
  4. 指针类型

• 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

  1. 标识符是语法概念。

  2. 名字有确切的意义和属性。

• 名字

  • 值：单元中的内容
  • 属性：类型和作用域

• 数组
  
  
  

• 其他数据类型

  • 字符串：符号处理、公式处理

  • 表格：本质上是一种记录结构

  • 线性表：一组顺序化的记录结构

  • 栈：一种线性表，后进先出， POP, PUSH

• 抽象数据类型
  

2.4 语句与控制结构（掌握）

• 表达式
  表达式由运算量（也称操作数，即数据引用或函数调用）和算符（操作符）组成。
• 算符的优先次序
  
  如对于A+B+C，在计算机上先算A+B和先算B+C结果可能不同。
• 语句
  • 赋值语句
    • A = B
    • 名字左值（如A）：该名字代表的那个单元 ( 地址 ) 称为该名字的左值 ( 所代表的存贮单元的地址 )。
    • 右值(如B)：一个名字的值称为该名字的右值 ( 所代表的存贮单元的内容 )。
    • 例题：a+5是计算一个值，在编译实现时会存储在一个临时单元中，但是程序员并不能引用这个单元，所以a+5只有右值不具有左值。
  • 控制语句
    • 无条件转移语句：goto
    • 条件语句 if
    • 循环语句 for
    • 过程调用语句 call
    • 返回语句 return
  • 说明语句
    定义各种不同数据类型的变量或运算，定义名字的性质。
  • 简单句和复合句
    • 简单句
      不包含其他语句成分的基本句。
    • 复合句
      局中有句的语句。

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3. 程序语言的语法描述

几个概念

• 考虑一个有穷字母表字符集 $\sum$

• 其中每一个元素称为一个字符

• $\sum$上的字 ( 也叫字符串 ) 是指由 $\sum$ 中的字符所构成的 一个有穷序列

• 不包含任何字符的序列称为空字，记为 $\epsilon$

• 用$\sum \ast$ 表示∑上的所有字的全体，包含空字 $\epsilon$

• 例如 : 设 $\sum$ = { $a，b$ } ，则

  $\sum \ast$ = { $\epsilon ,a,b,aa,ab,ba,bb,aaa,...$ }
  
  
  注意：如果V中没有空字，那么V的正规闭包比闭包少一个空字，如果V中本来有空字，那么两者没区别。

3.1 上下文无关文法（重点）

文法：描述语言的语法结构的形式规则。

产生式（也称产生规则或简称规则）：是定义语法范畴的一种书写规则。

终结符：是组成语言的基本符号，是一个语言的不可再分的基本符号，对于上下文无关文法来说只出现在产生式右部。

非终结符：代表了语法范畴，我理解为可以再分的元素。注意范畴不是“范围”，例如，“算术表达式”、“布尔表达式”、“賦值句”、“分程序”、“过程”等，它们都是现今程序语言常见的语法范畴。注意：上下文无关文法产生式左边只能有一个非终结符。

由文法产生语言句子的基本思想是： 从识别符号开始，把当前产生的符号串中的非终结符号替换为相应规则右部的符号串，直到最终全由终结符号组成。这种替换过程称为推导或产生句子的过程，每一步成为直接推导或直接产生。

直接推出

推导

一般化

句型、句子、语言

两个例子

注意G(S)代表一个文法G，开始符号是S，而L(G)代表文法G所产生的语言。

逆推，这个例子与上个例子的不同是ab的次数是相同的，所以不能像上例一样分开写。

这个例子主要是m有范围是[n,2n]，所以还是不能分开，只能像上例一样ab组合一起。

最左推导、最右推导

3.2 语法分析树和二义性（重点）

语法树的构造是从文法的开始符号出发，构造一个推导的过程，因为文法的每一个句型(句子)都存在一个推导，所以对应文法中任一句型的推导序列，总能构造一棵语法树。

一棵语法树表示一个句型的种种可能的(但未必是所有的)不同推导过程。

但是一个句型未必只对应一颗语法树。



对于算术表达式，虽然上面这个文法是二义的，但是下面这个文法确是无二义的，说明算术表达式是无二义的，这是符合常识的，只是上面这个文法有问题。

只要满足这两个式子，说明这个P一定会出现在某个句子的推导中，那么它就是有用的。

3.3 形式语言鸟瞰（了解）

注意：2型文法左边只能有一个非终结符。

我的思考：
可以试着构建G(S):
S $\to$ c | aSa | bSb | aSb | bSa

但是你会发现这个文法所产生的语言包含的句子远多于题目要求的，所以不正确，0型文法怎么写暂时没想到。

转载：https://blog.csdn.net/weixin_43820118/article/details/113995078