编程语言语法:扫描、解析与自动机理论
在编程语言的世界里,扫描和解析是编译器处理代码的重要环节。下面我们将深入探讨正则表达式、上下文无关文法、扫描器、解析器以及自动机理论的相关知识。
自动机理论基础
自动机理论是理解扫描器、解析器、正则表达式和上下文无关文法的相对角色和计算能力的基础。在自动机理论中,形式语言是从有限字母表中抽取的符号串集合。形式语言可以通过一组规则(如正则表达式或上下文无关文法)来生成,也可以通过一个形式机器来接受(识别)。形式机器以符号串作为输入,输出“是”或“否”。如果一个机器对语言中的所有且仅有的字符串都输出“是”,则称该机器接受该语言。
形式语言可以分为一系列逐渐增大的类,即乔姆斯基层次结构。大多数类可以通过两种方式来表征:一是用于生成字符串集合的规则类型,二是能够识别该语言的形式机器类型。
- 正则语言 :通过连接、交替和 Kleene 闭包来定义,由扫描器识别。扫描器是有限自动机的具体实现。
- 上下文无关语言 :是正则语言的真超集,通过连接、交替和递归(包含 Kleene 闭包)来定义,由解析器识别。解析器是下推自动机的具体实现。
可以证明,正则表达式和有限自动机是等价的,即可以构造一个接受由给定正则表达式定义的语言的有限自动机,反之亦然。同样,也可以构造一个接受由给定上下文无关文法定义的语言的下推自动机,反之亦然。这种从文法到自动机的构造实际上是由扫描器和解析器生成器(如 lex 和 yacc)完成的。
扫描器和解析器的工作原理
扫描器和解析器在
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