Синтаксические анализаторы. Нисходящие анализаторы

О методах определения языков

Каждый язык программирования описывается с помощью набора правил, определяющих структуру правильной программы. Как мы уже обсуждали в предыдущих лекциях, наиболее удобным формализмом для описания синтаксических конструкций языка программирования являются контекстно-свободные грамматики (например, широко распространена нормальная форма Бэкуса-Наура).

Грамматики одинаково помогают решать задачи как программистов, использующих язык, так и создателей компиляторов для данного языка:

• Грамматика предоставляет точную и достаточно легкую для понимания синтаксическую спецификацию языка программирования.
• Для некоторых классов грамматик мы можем автоматически сконструировать эффективный анализатор, который определяет, является ли исходная программа синтаксически правильной.
• Аккуратно созданная грамматика может придать языку программирования такую структуру, которая будет полезна и при трансляции исходной программы в правильный объектный код, и при определении ошибок.
• Компиляторы, разработанные на базе грамматик, могут быть достаточно легко расширены (это особенно полезно для добавления новых конструкций, появившихся как результат развития языка)

Еще раз подчеркнем, что с помощью контекстно-свободных грамматик определяется только так называемая контекстно-свободная составляющая языка программирования, то есть только то, каким образом записывается та или иная конструкция языка. Другая важная часть определения синтаксической правильности программы - правильность использования типов в программе - не может быть определена с помощью контекстно-свободных грамматик. Поэтому если программа выводима в грамматике, это еще не означает, что она полностью синтаксически правильна.

Синтаксический анализ

Синтаксический анализ - это процесс, который определяет, принадлежит ли некоторая последовательность лексем языку, порождаемому грамматикой. В принципе, по любой грамматике можно построить синтаксический анализатор, но грамматики, используемые на практике, имеют специальную форму. Например, известно, что для любой контекстно-свободной грамматики может быть построен анализатор, сложность которого не превышает O(n³) для входной строки длины n, но в большинстве случаев по заданному языку программирования мы можем построить такую грамматику, которая позволит сконструировать и более быстрый анализатор. Анализаторы реально используемых языков обычно имеют линейную сложность; это достигается, например, за счет просмотра исходной программы слева направо с заглядыванием вперед на один терминальный символ (лексический класс).

Вход синтаксического анализатора - последовательность лексем и таблицы, например, таблица внешних представлений, которые являются выходом лексического анализатора.

Выход синтаксического анализатора - дерево разбора и таблицы, например, таблица идентификаторов и таблица типов, которые являются входом для следующего просмотра компилятора (например, это может быть просмотр, осуществляющий контроль типов).

Отметим, что совсем необязательно, чтобы фазы лексичекого и синтаксического анализа выделялись в отдельные просмотры. Обычно эти фазы взаимодействуют друг с другом на одном просмотре. Основной фазой такого просмотра считается фаза синтаксического анализа, при этом синтаксический анализатор обращается к лексическому анализатору каждый раз, когда у него появляется потребность в очередном терминальном символе.