コンパイラとプログラミング言語...• バッカス記法（backus normal...

コンパイラとプログラミング言語第3・4週プログラミング言語の形式的な記述

2014年4月23日

金岡晃

授業計画

1

第1週

(4/9)

コンパイラの概要

第2週

(4/16)

コンパイラの構成

第3週

(4/23)

プログラミング言語の形式的な記述

第4週

(4/30)

プログラミング言語の形式的な記述

第5週

(5/7)

字句解析の概要と非決定性有限オートマトン、決定性有限オートマトン・字句解析プログラム

第6週

(5/14)

中間試験

第7週

(5/21)

構文解析の概要/上向き構文解析

第8週

(5/28)

下向き構文解析/構文解析プログラム

第9週

(6/4)

中間表現と意味解析

第10週

(6/11)

Java仮想マシンとその機械語

第11週

(6/18)

条件分岐文と繰り返し文のコード生成

第12週

(6/25)

関数呼び出しのコード生成

第13週

(7/2)

休講

第14週

(7/9)

休講

(7/23-8/5)

期末試験

2014/4/23 コンパイラとプログラミング言語

【復習】第2週コンパイラの構成

コンパイラとプログラミング言語

2 2014/4/23 コンパイラとプログラミング言語

コンパイラの論理的な構成

2014/4/23 コンパイラとプログラミング言語3

ソースプログラム

目的プログラム

コンパイラ

字句解析

構文解析

意味解析

最適化コード生成

中間情報（中間語、名前表）

フェーズ

コンパイラの物理的な構成




コンパイラ

字句解析

構文解析

意味解析



論理的な構成とは一致しない

省略されたりする

順序が異なる

ケースもある

複数行うケースもある

後置記法の表記例

• 中置記法

A+B*C-D• 後置記法

ABC*+D-

• 中置記法

E*F+G/H• 後置記法

EF*GH/+


第3週プログラミング言語の形式的な記述

コンパイラとプログラミング言語


本日の到達目標と概要

• 到達目標

– バッカス記法（BNF）の理解

– 構文図式の理解

• 概要

– バッカス記法の基本

– バッカス記法の拡張

– バッカス記法の例

– 構文図式の概要

– 構文図式の事例


コンパイラの開発における重要なポイント




コンパイラ

字句解析

構文解析

意味解析



プログラム言語の文法の出来の良し悪しが最重要事項

→ 言語の仕様範囲と文法を厳密に定める必要

文法の形式的な記述方式

• バッカス記法• 構文図式

バッカス記法

• ALGOL60の文法記述のために開発された記法

– 構文（プログラム言語の文法や書式）を定義するための言語

• 「言語を決める言語」であることからメタ言語ともいわれる

• バッカス記法（Backus Normal Form）の名称

– 提案者の名前より

– バッカス-ナウア記法（Backus-Naur Form）とも

– 省略してBNF、あるいはBNF記法と呼ばれることが多い


「次の規則から生成することができる式はどれか。」というパターンで基本情報技術者試験に出題されることが多い

BNF

• 終端記号と非終端記号

– 終端記号：これ以上は変換されない記号

• 例）0-9の数字、アルファベット（小文字、大文字）など

– 非終端記号：終端記号でないもの。後述する”<“と”>”で囲まれた要素（構文要素）。

• 基本的な記法

– さまざまな応用があるが、基本的な記法は以下の3つ


::= この記号の左に来る非終端記号を右に来た表現で定義する

<構成要素>

| 「または（or）」を意味する

“<“と”>”で囲まれたものにより構成要素であることを示す

BNFの基本的記法の例（１）


::= この記号の左に来る非終端記号を右に来た表現で定義する

<構成要素>

| 「または（or）」を意味する

“<“と”>”で囲まれたものにより構成要素であることを示す

上記3つの表現と終端記号（数値、アルファベット、記号など）を用いて、構文を定義する

例

<数字>::=0|1|2|3|4|5|6|7|8|9「『数字』という構成要素は0から9までの数字のいずれか1文字である」

BNFの基本的記法の例（２）


例

<アルファベット>::=a|b|c|d|e|f|g|h|i|j|k|l|m|n|o|p|q|r|s|t|u|v|w|x|y|z

「『アルファベット』という構成要素はaからzまでの文字のいずれか1文字である」

この例では大文字A,Bなどは「アルファベットではない」と定義されている

<数字列>::=<数字>|<数字><数字列>

「『数字列』という構成要素は数字または数字と数字列を並べたものである

定義の中に定義されるものが含まれている

「『数字列』という構成要素は数字が1文字以上ならんだものである

BNFの基本的記法の例（３）


問題例次のBNFで定義されるビット列Sであるものはどれか。<S>::=01|0<S>1

ア、000111イ、010010ウ、010101エ、011111

Sは01またはSを0と1で挟んだもの → 01と0011→ 0011もSであるので、それを0と1で挟んだもの000111もS→ 00001111もS → 0000011111もS →…

答え：ア

BNFの基本的記法の例（４）


次のBNFで定義される<DNA>に合致するものはどれか。

<DNA> ::= <コドン> | <DNA><コドン><コドン> ::= <塩基><塩基><塩基><塩基> ::= A | T | G | C

ア．ACイ．ACGCGウ．AGCエ．ATGC

問題例

BNFの拡張

• 基本的な記法

– 終端記号と非終端記号

– <>

– ::=

– |

• より柔軟に拡張→EBNF

– さまざまな拡張があるが、典型的なものとしては以下の2つがある


{} {}の中の要素を0個以上並べたもの

[] []の中の要素を0個または1個書いたもの

BNFの記法例


<a列>::={a} 「『a列』という構成要素はaを0個以上並べたもの

a, aa, aaa, aaaa はいずれもa列である

<数字列>::=<数字>|<数字><数字列>

<数字列>::=<数字>{<数字>}

これら2つは同じものを定義している

BNFの記法例：教科書p.21, p.22（１）


<ソースプログラム上の文字集合>::=<空白>|<英字>|<数字>|<記号><空白>::=Δ<数字>::=0|1|2|3|4|5|6|7|8|9<英字>::=a|b|c|d|e|f|g|h|i|j|k|l|m|n|o|p|q|r|s|t|u|v|w|x|y|z|

A|B|C|D|E|F|G|H|I|J|K|L|M|N|O|P|Q|R|S|T|U|V|W|X|Y|Z<記号>::=+|-|*|/|=|!|”<“|”>”|;|,|(|)|”{“|”}”<語>::=<予約語>|<識別子>|<整数><識別子>::=<英字>{<英字>|<数字>}<整数>::=<数字>{<数字>}<予約語>::=if|while|return|void|int

BNFの記法例：教科書p.21, p.22（２）


<プログラム>::=[<変数宣言>;|<関数定義>]<関数定義>::=<返戻型><識別子>([<変数宣言>{,<変数宣言>}])<ブロック><変数宣言>::=<要素型><識別子><ブロック>::=“{“{<文>}”}”<文>::=<変数宣言>;|<代入文>|<手続き呼び出し文>|<if文>|<while文>|<ブロック>|<返戻文><代入文>::=<識別子>=<式>;<手続き呼び出し文>::=<関数呼び出し>;<if文>::=if(<条件式>)<文><while文>::=while(<条件式>)<文><返戻文>::=return[<式>];

BNFの記法例：教科書p.21, p.22（３）


<式>::=<項>{<加減演算子><項>}<項>::=<因数>{<乗除演算子><因数>}<因数>::=<加減演算子><因数>|(<式>)|<関数呼び出し>|<識別子>|<整数><関数呼び出し>::=<識別子>([<式>{,<式>}])<条件式>::=<式><比較演算子><式><比較演算子>::===|!=|”>”|”>”=|”<“|”<“=<加減演算子>::=+|-<乗除演算子>::=*|/<返戻型>::=<要素型>|void<要素型>::=int

教科書p.21, p.22の例を利用する(1)

int a1001;

int substitutionA(){

int a1002;

a1002 = 100;

return a1002;

}

int substitutionB(int inputA){

int a1002;

a1002 = inputA;

return a1002;

}


教科書p.21, p.22の例を利用する(1)void callSubstitutionB(){

int a1003;

int a1004;

a1003 = 100;

a1004 = substitutionB(a1003);

return a1004;

}

int useIf(int inputA){

if(inputA > 100){

return 100;

}

return 0;

}


構文図式

• BNFと記述能力は変わらないが、直感的な記載方法


：終端記号

：構成要素

：「または」

：ループ

BNFと構文図式（１）


<数字>::=0|1|2|3|4|5|6|7|8|9

<数字>

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

本日の到達目標と概要

• 到達目標

– バッカス記法（BNF）の理解

– 構文図式の理解

• 概要

– バッカス記法の基本

– バッカス記法の拡張

– バッカス記法の例

– 構文図式の概要

– 構文図式の事例



int substitutionA ( ) {

int a1002;

a1002 = 100;

return a1002;

}

関数定義返戻型

識別子

ブロック

変数宣言

代入文

返戻文

いずれも文


<整数>::=<数字>{<数字>}

数字

数字

数字

どっちでもいい

<識別子>::=<英字>{<英字>|<数字>}

英字

英字

数字


<関数定義>::=<返戻型><識別子>([<変数宣言>{,<変数宣言>}])<ブロック>

返戻型識別子 ( ) ブロック

変数宣言

,変数宣言

コンパイラとプログラミング言語...• バッカス記法（backus normal...

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