34
2 ВВЕДЕНИЕ В КОМПИЛЯЦИЮ
2.1 ЗАДАНИЕ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Операции машинного языка вычислительной машины значительно бо-
лее примитивные по сравнению со сложными функциями, встречающимися в математике, технике и других областях. Хотя любую функцию, которую можно задать алгоритмом, можно реализовать в виде последовательности чрезвычайно простых команд машинного языка, в большинстве приложений предпочтительнее использовать язык высокого уровня, элементарные коман-
ды которого приближаются к типу операций, встречающихся в приложениях
[1]. Например, если выполняются матричные операции, то для выражения то-
го обстоятельства, что матрица A получается перемножением матриц B и C,
удобнее написать команду вида
A = B*C,
чем длинную последовательность операций машинного языка.
Языки программирования могут существенно облегчить, упростить ал-
горитмическую запись, однако они порождают ряд новых существенных проблем, одна из них – необходимость трансляции языка программирования на машинный язык.
Другая проблема – проблема задания самого языка. Задавая язык про-
граммирования, как минимум, необходимо определить:
1)множество символов, которые можно использовать для написания правильных программ;
2)множество правильных программ;
3)«смысл» правильной программы.
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Первая проблема решается довольно легко. Определить множество правильных программ – это искусство.
35
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · |
|
Пример · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · |
|
|
|
Для многих языков программирования конструкция
L: GOTO L
правильная с точки зрения языка.
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Самая сложная – третья проблема. Для ее решения было предпринято несколько подходов. Один из методов заключается в определении отображе-
ния, связывающего с каждой правильной программой предложение в языке,
смысл которого мы понимаем. Тогда можно определить смысл программы,
записанной на любом языке программирования, в терминах эквивалентной
«программы» в функциональном исчислении (под эквивалентной програм-
мой понимается программа, выполняющая те же самые функции).
Другой способ придать смысл программам заключается в определении идеализированной машины. Тогда смысл программы выражается в тех дей-
ствиях, к которым она побуждает эту машину после того, как та начинает ра-
боту в некоторой предопределенной начальной конфигурации. В этой схеме интерпретатором данного языка становится абстрактная машина.
Третий подход – вообще игнорировать вопросы о «смысле», оставив его на совести разработчика программы. Этот подход и применяется при по-
строении компиляторов. То есть для нас «смысл» исходной программы со-
стоит просто в выходе компилятора, когда он применяется к этой программе.
Мы будем исходить из предположения, что компилятор задан как мно-
жество пар (x, y), где x – программа на исходном языке, y – программа в том языке, на который нужно перевести x.
Предполагается, что мы заранее знаем это множество, и наша главная забота – построить эффективное устройство, которое по данному входу x вы-
36
дает выход y. Мы будем называть это множество пар (x, y) переводом. Если x
– цепочка в алфавите Σ, а y – цепочка в алфавите Δ, то перевод – это просто отображение множества Σ*→Δ*.
2.2 СИНТАКСИС И СЕМАНТИКА
Перевод обычно рассматривают как композицию двух более простых
отображений – синтаксического и семантического.
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Синтаксическое отображение связывает с каждым вхо-
дом (программой на исходном языке) некоторую структуру, ко-
торая служит аргументом семантического отображения.
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Почти всегда структурой любой программы является помеченное дере-
во. Поэтому сущность алгоритмов перевода обычно сводится к построению подходящих деревьев для входных программ [3].
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · |
|
Пример · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · |
|
|
|
В качестве примера того, как для цепочек строятся эти деревья, рас-
смотрим разбиение английского предложения на синтаксические категории
(рис. 2.1):
The pig is in the pen.
Неконцевые вершины этого дерева помечены синтаксическими катего-
риями, а концевые (листья) помечены концевыми, или терминальными, сим-
волами, в данном случае – английскими словами.
37
<предложение>
<именная группа> |
<группа сказуемых> |
<определение> <определяемое><глагол> <группа>
<предлог> <именная группа>
the |
pig |
is |
<определение><определяемое> in 
the pen
Рисунок 2.1 – Древовидная структура английского предложения
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Аналогично, можно программу, написанную на языке программирова-
ния, расчленить на синтаксические компоненты в соответствии с синтаксиче-
скими правилами, управляющими этим языком.
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · |
|
Пример · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · |
|
|
|
Дерево для цепочки a+b*c приведено на рис. 2.2.
|
38 |
|
|
|
<выражение> |
|
|
<терм> |
+ |
<терм> |
|
<слагаемое> |
<слагаемое> |
||
<идентификатор> |
<выражение> |
||
a |
<терм> |
* |
<терм> |
|
|
|
|
|
<множитель> |
|
<множитель> |
|
<идентификатор> |
<идентификатор> |
|
|
b |
|
c |
Рисунок 2.2 – Дерево арифметического выражения
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Процесс нахождения синтаксической структуры данного предложения называется синтаксическим анализом или син-
таксическим разбором.
· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Синтаксический разбор позволяет понять взаимоотношения между раз-
личными частями предложения. Термином «синтаксис» языка будем назы-
вать отношения, связывающие с каждым предложением языка некоторую синтаксическую структуру, тогда правильное предложение языка можно определить как цепочку символов, синтаксическая структура которой соот-
ветствует категории «предложение». Естественно, нам нужно более строгое определение синтаксиса. Что и будет сделано позднее.