16 Análisis sintáctico I

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2 2 Contenido Recordando la estructura de un compilador Recordando el análisis léxico l análisis sintáctico Comparación con el análisis léxico l Rol del Parser Lenguajes de programación Gramáticas structura Notación Lenguajes libres de contexto Derivaciones y arboles sintácticos Más a la izquierda (De izquierda a derecha) Más a la derecha (De derecha a izquierda) jercicios 05

3 Análisis Síntesis 16 Análisis sintáctico I 3 Recordando la estructura de un compilador Programa Fuente (Flujo de caracteres) Analizador Léxico (Scanner) Analizador Sintáctico (Parser) Token stream Árbol de parseo Tabla de símbolos Analizador Semántico Representación Intermedia Optimizador de Código Representación Intermedia Optimizada Generador de Código Código Objeto

4 4 Recordando el análisis léxico A la primera fase de un compilador se le llama análisis léxico o escaneo. l analizador léxico lee el flujo de caracteres que componen el programa fuente y los agrupa en secuencias significativas, conocidas como lexemas. Para cada lexema, el analizador léxico produce como salida un token de la forma: Símbolo abstracto Apunta a una entrada en la tabla de símbolos para dicho token

5 5 Recordando el análisis léxico posicion = inicial + velocidad * 60 Símbolo Abstracto identificador Apunta a una entrada en la tabla de símbolos para un identificador (La tabla de símbolos contiene información acerca de éste como su nombre y tipo).

6 6 l análisis sintáctico (Parser) l análisis sintáctico o parsing utiliza los primeros componentes de los tokens producidos por el analizador léxico para crear una representación intermedia en forma de árbol que describa la estructura gramatical del flujo de tokens. Una representación típica es el árbol sintáctico, en el cuál cada nodo interior representa una operación y los hijos del nodo representan los argumentos de la operación.

7 7 l análisis sintáctico posicion = inicial + velocidad * 60 Flujo de tokens del análisis léxico

8 8 l análisis sintáctico ntrada: Secuencia de tokens de un analizador léxico Salida: l árbol sintáctico de un programa 8

9 9 Comparación con el analizador léxico Fase ntrada Salida Lexer Secuencia de caracteres Secuencia de tokens Parser Secuencia de tokens Árbol Sintáctico 9

10 10 l rol del Parser No todas las secuencias de tokens son programas l parser debe distinguir entre secuencias de tokens válidos y no válidos. Necesitamos Un lenguaje para describir secuencias de tokens válidas. Un método para distinguir entre secuencias de tokens válidas y no válidas. 10

11 11 Gramáticas de los lenguaje de programación Un lenguaje de programación se puede generar con una gramática dependiente del contexto. Las declaraciones provocan la necesidad de analizar el contexto. No se utilizan estas gramáticas por la complejidad temporal de su analizador (autómatas lineales acotados). Solución: Utilizar una gramática libre del contexto que tiene una complejidad lineal y dejar las características del lenguaje dependientes del contexto para el análisis semántico. 11

12 12 structura de un lenguaje de programación Los lenguajes de programación tienen estructuras recursivas. Considere el lenguaje de las expresiones aritméticas con: enteros, +,*, ( y ) Una expresión es cualquiera de: Un entero Una expresión seguida de + seguida de otra expresión. Una expresión seguida de * seguida de otra expresión. Un ( seguido de una expresión seguido de un ). 12

13 13 structura de un lenguaje de programación int int + int (int + int ) * int Son expresiones. 13

14 14 Notación para lenguajes de programación Una notación alternativa int + * () Podemos pensar en estas reglas como reglas de reescritura. Comenzamos con y reemplazamos ocurrencias de con alguna regla que esta a la derecha. * () * ( + ) * (int + int) * int 14

15 15 Observaciones Todas las expresiones aritméticas se pueden obtener por una secuencia de reemplazos Cualquier secuencia de reemplazos forma una expresión aritmética válida sto significa que no podemos obtener ( int )) reemplazos. sta notación es una gramática libre de contexto mediante 15

16 Gramáticas libres de contexto stas gramáticas, conocidas también como gramáticas de tipo 2 o gramáticas independientes del contexto, son las que generan los lenguajes libres o independientes del contexto. Los lenguajes libres del contexto son aquellos que pueden ser reconocidos por un autómata de pila determinístico o no determinístico. Como toda gramática se definen mediante una cuádrupla G = (N, T, P, S) - N es un conjunto finito de símbolos no terminales - T es un conjunto finito de símbolos terminales - P es un conjunto finito de producciones - S es el símbolo inicial o axioma Compiladores (Análisis Sintáctico IV - dgardo A. Franco) 16

17 Gramáticas libres de contexto n una gramática libre del contexto, cada producción de P tiene la forma: s decir, que en el lado izquierdo de una producción puede aparecer el símbolo inicial o un símbolo no terminal y en el lado derecho de una producción cualquier cadena de símbolos terminales y/o no terminales de longitud mayor o igual que 1. La gramática puede contener también la producción lenguaje que se quiere generar contiene la cadena vacía. si el Compiladores (Análisis Sintáctico IV - dgardo A. Franco) 17

18 Gramáticas libres de contexto vs. regulares Porqué no se incluye la especificación léxica como parte de la sintaxis? Las expresiones regulares son un caso particular de las gramáticas libres de contexto. Los AFD son muy sencillos de implementar y son muy eficientes frente a los autómatas a pila necesarios para reconocer las GLC, la eficiencia del traductor se vería comprometida. Compiladores (Análisis Sintáctico IV - dgardo A. Franco) 18

19 Gramáticas libres de contexto vs. regulares xpresiones regulares o gramáticas independientes del contexto? Las expresiones regulares no permiten construcciones anidadas tan comunes en los lenguajes de programación: paréntesis equilibrados, concordancia de pares de palabras clave como begin-end, do-while,... Pg. consideremos el problema de los paréntesis equilibrados en una expresión aritmética. l hecho de que haya un paréntesis abierto obliga a que haya un paréntesis cerrado. Compiladores (Análisis Sintáctico IV - dgardo A. Franco) 19

20 Gramáticas libres de contexto vs. regulares xpresiones regulares o gramáticas independientes del contexto? ste problema es similar a considerar el lenguaje Si intentamos escribir una expresión regular, lo más próximo sería: pero no se garantiza que el numero de a s antes y después sea el mismo. Las expresiones regulares NO SABN contar. NO es posible especificar la estructura de un lenguaje de programación con sólo expresiones regulares. Compiladores (Análisis Sintáctico IV - dgardo A. Franco) 20

21 21 Gramáticas libres de contexto Una gramática libre de contexto es una gramática formal en la que cada regla de producción es de la forma: V w Donde V es un símbolo no terminal y w es una cadena de terminales y/o no terminales. l término libre de contexto se refiere al hecho de que el no terminal V puede siempre ser sustituido por w sin tener en cuenta el contexto en el que ocurra. Un lenguaje formal es libre de contexto si hay una gramática libre de contexto que lo genera. 21

22 22 Gramáticas libres de contexto Las gramáticas libres de contexto permiten describir la mayoría de los lenguajes de programación, de hecho, la sintaxis de la mayoría de lenguajes de programación está definida mediante gramáticas libres de contexto. La notación más frecuentemente utilizada para expresar gramáticas libres de contexto es la forma Backus-Naur. 22

23 23 Gramáticas libres de contexto (GLC) Una gramática libre de contexto consiste de: Un conjunto de no terminales N Un conjunto de terminales T Un símbolo inicial S (no terminal) Un conjunto de producciones de la forma Y 1 Y 2 Y n donde N donde Y i N T 23

24 24 jemplo de GLC xpresiones aritméticas simples int + * ( ) Un no terminal: Varios terminales: int, +, *, (, ) Llamados terminales por que nunca se reemplazan Por convención el primer no terminal para la primera producción es el símbolo inicial. 24

25 25 xpresiones Aritméticas xpresiones aritméticas simples + * () id Algunos elementos del lenguaje id id + id (id) id * id (id) * id id * (id) 25

26 26 La idea de una GLC La idea de una GLC es: Verificar membrecía en el lenguaje: "si" o "no" Pero también se necesita el árbol sintáctico de la entrada Manejar errores Necesitamos una implementación de una GLC 26

27 27 Derivaciones y árboles sintácticos Una derivación es una secuencia de producciones S Una derivación se puede dibujar como un árbol l símbolo inicial es la raíz del árbol Para cada producción X Y 1 Y n agregar hijos Y 1, Y n a el nodo X 27

28 28 jemplo de derivación Gramática + * () id Cadena id * id + id

29 29 jemplo de derivación (Continuación) + *+ id*+ id*id+ id*id+id 29

30 30 Derivación en detalle (1) raíz del arbol xpresión 30

31 31 Derivación en detalle (2)

32 32 Derivación en detalle (3) + *+ + * 32

33 33 Derivación en detalle (4) + *+ id*+ * + id

34 34 Derivación en detalle (5) + *+ id*id+id * + id id

35 35 Derivación en detalle (6) + *+ id*+ id*id+id id*id+id + * id id id 35

36 36 Notas en derivaciones Un árbol sintáctico tiene Terminales en las hojas No terminales en los nodos interiores Un recorrido de izquierda a derecha de las hojas da como resultado la entrada original l árbol de derivación muestra la asociación de operaciones, la cadena de entrada no! 36

37 37 Derivación más a la izquierda y más a la derecha l ejemplo anterior es una derivación más a la izquierda n cada paso, reemplaza el no terminal más a la izquierda. xiste una noción equivalente llamada derivación más a la derecha + +id D*+id *id+id id*id+id

38 38 Derivación más a la derecha en detalle (1) raíz del arbol xpresión 38

39 39 Derivación más a la derecha en detalle (2)

40 40 Derivación más a la derecha en detalle (3) + +id + id 40

41 41 Derivación más a la derecha en detalle (4) + +id *+id * + id 41

42 42 Derivación más a la derecha en detalle (5) + +id *+id *id+id * + id id 42

43 43 Derivación más a la derecha en detalle (6) + +id *+id id*id+id * + id id id 43

44 44 Derivaciones y árboles sintácticos Note que para cada árbol sintáctico hay una derivación más a la izquierda y una más a la derecha. La diferencia es el orden en el cual se agregan las ramas 44

45 45 Resumen de derivaciones No sólo estamos interesados si: s L(G) Necesitamos un árbol sintáctico para s Una derivación define un árbol sintáctico Pero un árbol sintáctico puede tener más de una derivación Tanto las derivaciones más a la izquierda como más a la derecha son importantes en implementaciones de analizadores sintácticos. 45

46 46 Resumen de derivaciones Derivación por la izquierda Derivación por la derecha + + * id * id id id Compiladores (Análisis Sintáctico II - dgardo A. Franco) id id 46

47 47 Resumen de derivaciones La diferencia es el orden en el cual se agregan las ramas, pero se genera el mismo árbol por ambos lados, lo que indica que es una gramática no ambigua para obtener la cadena id*id+id. Compiladores (Análisis Sintáctico II - dgardo A. Franco) 47

48 48 jercicios 05 Problema 01 Considere la siguiente gramática libre de contexto: y la cadena aa a* S SS SS* a a) Proporcione una derivación por la izquierda para la cadena b) Proporcione una derivación por la derecha para la cadena c) Proporcione un árbol de análisis sintáctico para la cadena d) La gramática es ambigua o no? Justifique su respuesta e) Describa el lenguaje generado por esta gramática Compiladores (Análisis Sintáctico II - dgardo A. Franco)

49 49 jercicios 05 Problema 02 Considere la siguiente gramática libre de contexto: S 0S1 01 y la cadena a) Proporcione una derivación por la izquierda para la cadena b) Proporcione una derivación por la derecha para la cadena c) Proporcione un árbol de análisis sintáctico para la cadena d) La gramática es ambigua o no? Justifique su respuesta e) Describa el lenguaje generado por esta gramática Compiladores (Análisis Sintáctico II - dgardo A. Franco)

50 50 jercicios 05 Problema 03 Considere la siguiente gramática libre de contexto: S SS * SS a y la cadena *aaa a) Proporcione una derivación por la izquierda para la cadena b) Proporcione una derivación por la derecha para la cadena c) Proporcione un árbol de análisis sintáctico para la cadena d) La gramática es ambigua o no? Justifique su respuesta e) Describa el lenguaje generado por esta gramática Compiladores (Análisis Sintáctico II - dgardo A. Franco)

51 51 jercicios 05 Problema 04 Considere la siguiente gramática libre de contexto: y la cadena (()()) S S( S) S a) Proporcione una derivación por la izquierda para la cadena b) Proporcione una derivación por la derecha para la cadena c) Proporcione un árbol de análisis sintáctico para la cadena d) La gramática es ambigua o no? Justifique su respuesta e) Describa el lenguaje generado por esta gramática Compiladores (Análisis Sintáctico II - dgardo A. Franco)

52 52 jercicios 05 Problema 05 Considere la siguiente gramática libre de contexto: y la cadena S S S SS ( S) S* ( a a) * a a a) Proporcione una derivación por la izquierda para la cadena b) Proporcione una derivación por la derecha para la cadena c) Proporcione un árbol de análisis sintáctico para la cadena d) La gramática es ambigua o no? Justifique su respuesta e) Describa el lenguaje generado por esta gramática Compiladores (Análisis Sintáctico II - dgardo A. Franco)

53 53 jercicios 05 Problema 06 Considere la siguiente gramática libre de contexto: y la cadena S asbs bsas aabbab a) Proporcione una derivación por la izquierda para la cadena b) Proporcione una derivación por la derecha para la cadena c) Proporcione un árbol de análisis sintáctico para la cadena d) La gramática es ambigua o no? Justifique su respuesta e) Describa el lenguaje generado por esta gramática Compiladores (Análisis Sintáctico II - dgardo A. Franco)

54 54 jercicios 05 Problema 08 Diseñe gramáticas para el siguiente lenguaje: a) l conjunto de todas las cadenas de 0 s y 1 s, de tal forma que justo antes de cada 0 vaya por lo menos un 1. b) l conjunto de todas las cadenas de 0 s y 1 s que sean palíndromos; es decir, que la cadena se lea igual al derecho y al revés. c) l conjunto de todas las cadenas de 0 s y 1 s en donde 011 no aparece como subcadena. Compiladores (Análisis Sintáctico II - dgardo A. Franco)

55 55 jercicios 05 Fecha de entrega ntregar en formato digital vía Web, con el titulo "jercicios 05 GLC derivaciones" a más tardar el día lunes 11 de abril de 2011.

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