제 4 장 프로그래밍 언어의 구문과 구현 기법

제 4 장 프로그래밍 언어의 구문과 구현 기법

4.1 언어 구문

4.2 프로그래밍 언어 구현 기법

가상 컴퓨터컴퓨터를 가상의 고급 언어 컴퓨터로 간주

computerhardware

운영 체제

PowerBuilder

인터프리터

Cobol번역기

운영 체제명령어번역기 C++

번역기

.......

Ada번역기

어셈블러

Lisp인터프리터

가상의Cobol컴퓨터

가상의 C++컴퓨터

가상의Ada컴퓨터

가상의Assembly언어컴퓨터

가상의PowerBuilder컴퓨터

가상의Lisp 컴퓨터

프로그래밍 언어의 기본 문자 집합

4.1 언어 구문

구문 정의

알파벳 (A Z) 26∼ 개아라비아 (0 9) 10∼ 개특수 문자 (+, -, ,, …)

문자 코드 체계EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)

ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

4.1.1 프로그래밍 언어의 어휘 구조

유니코드

문자 또는 문자열에 대한 일반적 순서비트 조합 순서에 영향 받음

정합순서 (collecting sequence)

예 ) 0 < 1 < 2 < 3 < 4 < 5 < 6 < 7 < 8 < 9 A < B < C < ... < X < Y < Z

문자 -> 단어 -> 언어

예약어 (reserved word, key word)

프로그램 판독성 증가기호 테이블 빠른 탐색많은 예약어 기억하기 어려움중복여지가 프로그램 혼돈 우려

구문 정의

G = ( VN, VT, P, S )

– VN : non-terminal Symbol 의 유한집합– VT : terminal Symbol 의 유한집합

• VN VT = V(Vocabulary) = VN VT

– P : 생성규칙의 유한집합• ( 유도 ) V+ V*

– S : start Symbol VN

형식언어의 문법 (Formal Grammar)

예제 VN = {<sentence>,<subject>,<verb>,<object>,<noun>,<article>} VT = {The, Boy, Girl, Loves, .} S = <sentence> P : 1. <sentence> <subject><verb><object>. 2. <subject> <article><noun> 3. <object> <article><noun> 4. <verb> Loves 5. <article> The 6. <noun> Boy | Girl

derivation(replacement: 유도 )

<sentence> => <subject><verb><object>. => <article><noun><verb><object>. => The <noun><verb><object>. => The Boy <verb><object>. => The Boy Loves <object>. => The Boy Loves <article><noun>. => The Boy Loves The <noun>. => The Boy Loves The Girl.

Sentential Form

Sentence

Left most derivationTop-down 방식

Right most derivationBottom-up 방식

Chomsky 4 type Grammar– 생성 규칙의 형태에 따라 구분

0) Type 0(Unrestricted Grammar) • 생성 규칙에 어떤 제한도 두지 않는다 . ( 위축형 문법 )

예제 ) bc b

1) Type 1(Context-sensitive Grammar :csg)• 오른쪽이 왼쪽보다 같거나 긴 생성규칙

• || ≤ ||

예제 ) P : A abc A aABc

Bb BC CB cc bc c (X)

형식 언어의 문법의 분류

2) Type 2 (Context-free Grammar:cfg)– 왼쪽은 하나의 nonterminal symbol 만 가능– : nonterminal V*

예제 ) L(G2) = {anban | n 1}

G2 = ({S, C}, {a, b}, P, S), P : S aCa C aCa C b

3) Type 3(Regular Grammar : rg : 정규문법 )– 왼쪽에 하나의 nonterminal symbol 이 오고 , 오른쪽도 최대한 하나의 nonteminal symbol 이거나 terminal symbol 로 구성

– A tB A t t Vt A,B VN (right linear regular grammar)

– A Bt A t t Vt A,B VN (left linear regular grammar)

예제 ) L(G3) = {anbam | n, m 1}

G3 =({S,B,C}, {a,b}, P, S), P : S aS S aB B bC C aC C a

*

*

Grammar Language Recongnizer

Type 0(unresticted) Recusively enumerableset

Turing machine

Type 1(context-sensitive) Context-sentivelanguage

Linear boundedautomata

Type 2(context-free) Context-free language Pushdown automata

Type 3(regular) Regular language Finite automata

언어의 포함관계

문법형태에 따른 언어와 인식기

Unrestricted 언어

Context-sensitive 언어

Context-free 언어

Regular 언어

::= 정의하다< > nonterminal : 다시 정의될 대상| 택일

BNF (Backus-Naur Form) : context free grammar

4.1.2 문맥 자유 문법과 BNF

구문 정의

구문 (Syntax) 형식 정의 보편적 방법언어의 생성 규칙 정의메타 기호

식별자 정의의 BNF 표기

<identifier> ::= <letter> |

<identifier><letter> |

<identifier><digit>

<letter> ::= A | B | C | … | X | Y | Z

<digit> ::= 0 | 1 | 2 | … | 8 | 9

구문 정의

예 ) AB1C

<identifier> ::= <identifier><letter> ::= <identifier><digit><letter> ::=

<identifier><letter><digit><letter> ::= <letter><letter><digit><letter> ::= A <letter><digit><letter> ::= AB <digit><letter> ::= AB1 <letter> ::= AB1C

구문 정의

구문 정의

EBNF (Extended Backus-Naur Form) 표기법

BNF 확장하여 읽기 쉽고 간단한 표기법

BNF 에 추가된 메타 기호

{} : 0 번 이상 반복 ( { }07 )

[] : 0 번 또는 1 번 선택

() : 택일 연산자

‘ ‘ : terminal 표시

<id-name> ::= <alphabet> { <alphanumeric> }07

<alphanumeric> ::= <alphabet> | <digit> <alphabet> ::= A | B | C | … | Z <digit> ::= 0 | 1 | 2 | … | 9

구문 정의

EBNF 의 예

식별자

If - then - else

<if-statement> ::= if <condition> then<statement> [else<statement>]

<expression> ::= <expression> + <expression> |

<expression> - <expression> | <expression> * <expression> | <expression> / <expression>

구문 정의

사칙 연산

BNF

<expression> ::= <expression>(+|-|*|/)<expression>

EBNF

<BNF-rule> ::= <left-part> ‘::=‘ <right-part> <right-part> ::= <right-part-element>

{ ‘|’ <right-part-element> }

구문 정의

메타 기호가 terminal 기호 일 때

Subpascal 시작부에 대한 EBNF

<subpascal> ::=program <ident> ； <block> .<block> ::=[<const_dcl>][<var_dcl>]{<proc_dcl>} <compound-st><const_dcl> ::=const <ident> = <number>

{ ； <ident> = <number> } ；<var_dcl> ::=var <ident_list> : <type>

{ ； <ident_list> : <type> } ；<ident_list> ::=<ident> {,<ident>} <proc_dcl> ::=procedure <ident>['('<formal_param>')'] ； <block> ；<compound-st> ::=begin <statement> { ； <statement>} end

구문 정의

4.1.3 구문 도표

구문 정의

구문 도표 (syntax diagram)

구문 도표는 그 형태가 순서도와 유사구문 구문 도표는 EBNF 와 일대일 대응

다시 정의될 대상은 네모칸으로 terminal 기호는 원이나 타원형으로 표시이들 사이는 지시선으로 연결

① terminal x

② nonterminal B

X

B

구문 정의

구문 도표 그리는 방법

④ A ::= α1 ｜ α2 ｜ ... ｜ αn

③ A ::= X1X2 ...Xn

A X1 X2 Xn...

ⓐ Xi 가 nonterminal 인 경우

ⓑ Xi 가 terminal 인 경우

A ...x1 x2 xn

α2

αn

α1

... A

구문 정의

α

α

A

A

α2

α1

A β

⑤ EBNF A ::= {α}

⑥ EBNF A ::= [α]

⑦ EBNF A ::= (α1 ｜ α2)β

구문 정의

– 예제

EBNF 구문도표A ::= x ｜’ (‘ B’ )’

B ::= AC

C ::= {+A}

( 조건 )

VN = { A, B, C }

VT = { +, x, (, ) }

x

B )(

A

A CB

A

C

+

x

)(

A

A +

A

구문 정의

구문 정의

subpascalprogram ident ; block ·

const ident = number

;

var

procedure

begin

ident

ident

statement

type:

;

end

;

( formal-param )

;

‘

; block

block

Subpascal 구문 도표

4.1.4 파스 트리

구문 정의

파스 트리

원시 프로그램의 문법 검사 과정 중 생성 트리

구문 검사하는 검증 트리

한 표현이 BNF 에 의해 작성될 수 있는지 여부

예 ) TEST1

구문 정의

<identifier> ::=<letter>| <identifier><letter> | <identifier><digit><letter> ::=A | B | C | ... | X | Y | Z<digit> ::=0 | 1 | 2 | ... | 8 | 9

<identifier>

<identifier> <digit>

<identifier> <letter>



<letter>

T E S T 1

<exp> ::= <exp> - <exp> | <exp> * <exp> | (<exp>) | <number>

<number> ::= <number> <digit> | <digit><digit> ::= 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9

<exp> ::= <exp> - <exp> | <exp> * <exp> | (<exp>) | <number>

<number> ::= <number> <digit> | <digit><digit> ::= 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9

<exp>

<exp> <exp>

<exp><exp>

-<number>

<number>

<number><digit>

*

3

2 5

<digit>

<digit>

<exp>

<exp> <exp>

<exp><exp>

-<number>

<number>

<number><digit>*

3

2 5

<digit>

<digit>

이 파스트리에서 불필요하게 표현되어 있는 비단말 기호들을 없애면 추상구문 (AST) 트리 혹은 구문트리(syntax tree) 가 된다 .

-

* 3

2 5

4.1.5 모호성 , 결합성 및 우선순위

예 ) B33 생성 유도 과정

<identifier> <identifier><digit> <identifier> 3<identifier> <digit> 3 <identifier> 3 3 <letter>

3 3 B 3 3

<identifier> <identifier><digit> <identifier><digit><digit>

<letter> <digit> <digit> B <digit> <digit> B 3 <digit> B 3 3

예 ) B33 의 파스트리

<identifier>

<identifier> <digit>

<identifier>

<letter>

<digit>

B

3

3

<exp> <exp> - <exp> <exp> - <exp> * <exp> ( 두번째 <exp> 이 <exp> * <exp> 으로 대치 ) <number> - <exp> * <exp> ….

3 – 2 * 5

<exp> <exp> * <exp> <exp> - <exp> * <exp> ( 첫번째 <exp> 이 <exp> - <exp> 으로 대치 ) <number> - <exp> * <exp> ….

3 – 2 * 5

<exp> <exp> - <exp> <exp> - <exp> * <exp> ( 두번째 <exp> 이 <exp> * <exp> 으로 대치 ) <number> - <exp> * <exp> ….

3 – 2 * 5

<exp> <exp> * <exp> <exp> - <exp> * <exp> ( 첫번째 <exp> 이 <exp> - <exp> 으로 대치 ) <number> - <exp> * <exp> ….

3 – 2 * 5

예 ) 3 – 2 * 5 수식의 생성 유도 과정

<exp>

<exp> <exp>*

3

2

5

<exp>

<exp> <exp> 3

2 5

예 ) 두가지 서로 다른 파스트리

-

- *

같은 문법에서 같은 스트림에 대하여 두가지 이상의 서로 다른 파스트리가 발생하면 이러한 문법은 모호(ambiguous) 하다고 한다 .

예 ) Unambiguous 문법 ( 분명한 문법 )

수식 우선 순위의 문제 해결

<exp> ::= <exp> - <term> | <term>

<term> ::= <term> * <factor> | <factor>

<factor> ::= (<exp>) | <number>

<number> ::= <number> <digit> | <digit>

<digit> ::= 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9

<exp> ::= <exp> - <term> | <term>

<term> ::= <term> * <factor> | <factor>

<factor> ::= (<exp>) | <number>

<number> ::= <number> <digit> | <digit>

<digit> ::= 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9

4.1.6 구문과 프로그램 신뢰성

구문 정의

구문

프로그램의 신뢰성 증대 시키는데 큰 영향

예 )

FORTRAN

DO 10 I = 2.6 A(I) = B + C(I)10 CONTINUE

DO 10 I = 2.6 A(I) = B + C(I)10 CONTINUE

2.6 의 오류 (. 대신 , 사용해야함 )DO10I 에 2.6 배정으로 인식

PL/I

A = B = C A = B = C다중배정문의 의미 (A 와 B 에 C 값 저장 )(B = C) 의 결과를 A 에 저장하는 문장으로 인식

구문 정의

If cond1 then (if cond2 then s1 else s2)

If cond1 then (if cond2 then s1) else s2

Dangling ( 현수 ) else 문제중첩된 if 문에서 else 는 어떤 if 의 else 인가 ?

if <cond> then <s> if <cond> then <s> else <s>

if <cond> then <s> if <cond> then <s> else <s>

구문 정의

If cond1 then if cond2 then s1 else s2

①

②

구문 정의

<s> ::= if <cond> then <s> | if <cond> then <s> else <s> | s1 | s2

<cond> ::= cond1 | cond2

<s> ::= if <cond> then <s> | if <cond> then <s> else <s> | s1 | s2

<cond> ::= cond1 | cond2

<s>

if <s><cond>then

If <cond> then <s> else <s>

cond2 s1 s2

cond1

<s>

If <cond> then <s> else <s>

if <s><cond>thencond1

cond2 s1 s2

① ②

구문 정의

언어별 현수 else 문제의 해결 방안

Algol 60 :- ① 의 경우

if cond1 then begin if cond2 then s1 else s2 end- ② 의 경우

if cond1 then begin if cond2 s1 end else s2Algol 68 :

- ① 의 경우 if cond1 then if cond2 then s1 else s2 fi fi

- ② 의 경우 if cond1 then if cond2 s1 fi else s2 fi

PL/I :- ② 의 경우

IF cond1 THEN IF cond2 THEN s1; ELSE s2;또는IF cond1 THEN IF cond2 THEN s1; ELSE; ELSE s2;

Pascal :- ② 의 경우

if cond1 then begin if cond2 then s1 then else s2또는if cond1 then if cond2 then s1 else else s2

※ PL/I 과 파스칼에서 일반적으로 사용된 경우 ①의 경우로 해석됨 .

Algol 60 :- ① 의 경우

if cond1 then begin if cond2 then s1 else s2 end- ② 의 경우

if cond1 then begin if cond2 s1 end else s2Algol 68 :

- ① 의 경우 if cond1 then if cond2 then s1 else s2 fi fi

- ② 의 경우 if cond1 then if cond2 s1 fi else s2 fi

PL/I :- ② 의 경우

IF cond1 THEN IF cond2 THEN s1; ELSE s2;또는IF cond1 THEN IF cond2 THEN s1; ELSE; ELSE s2;

Pascal :- ② 의 경우

if cond1 then begin if cond2 then s1 then else s2또는if cond1 then if cond2 then s1 else else s2

※ PL/I 과 파스칼에서 일반적으로 사용된 경우 ①의 경우로 해석됨 .

구문 정의

Program Compare(input, Output);Var

x, y, z : integer;Begin

z := 7;writeln(‘Type the each variables x, y, z ‘);write (‘ x= ‘);readln (x);write (‘ y= ‘);readln (y);if x > 0 then

if y > 5 thenz := x + y

elsez := x + y;

writeln(‘x = ‘, x, ‘ y = ‘, y, ‘ z= ‘, z)end.

Sample List (1-1) *PASCAL*

구문 정의

Sample List (1-2) *C*#include <stdio.h>void main(){

int x, y, z = 7;printf(“ Type the each variables x, y, z\n”);printf(“x = “);scanf(“%d”, &x);printf(“y =“);scanf(“%d”, &y);

if (x > 0)if (y > 5)

z = x + y;else

z = 0;printf(“\n x = %d, y = %d, z = %d\n”, x, y, z);

}

Sample List (1-3) *JAVA*import java.io.*;

public class A { public static void main(String[] args) throws IOException { String strx; String stry; int x,y,z=7; BufferedReader in = new BufferedReader(

new InputStreamReader(System.in)); System.out.println("Type the each variables x, y"); System.out.print("x = "); strx = in.readLine(); x = Integer.parseInt(strx);j // x = new Integer(strx); // Java 5.0 이상 System.out.print("y = "); stry = in.readLine(); y = Integer.parseInt(stry); if (x > 0)

if (y > 5) z = x + y;else

z = 0; System.out.println("x = "+ x + ", y = " + y+", z = "+z); }}

import java.io.*;

public class B { public static void main(String[] args) throws IOException { int x,y,z=7;

System.out.println("Type the each variables x, y"); x = System.in.read() - '0'; y = System.in.read() - '0'; if (x > 0)

if (y > 5) z = x + y;else z = 0;

System.out.println("x = "+ x + ", y = " + y+", z = "+z); }}

Sample List (1-4) *JAVA*

구문 정의



writeln(‘Type the each variables x, y, z ‘);write (‘ x= ‘);readln (x);write (‘ y= ‘);readln (y);if x > 0 then


else else z := 0;

writeln(‘x = ‘, x, ‘ y = ‘, y, ‘ z= ‘, z)end.


구문 정의

Sample List (2-2) *C*#include <stdio.h>void main(){

int x, y, z;z = 7;printf(“ Type the each variables x, y, z\n”);printf(“x = “);scanf(“%d”, &x);printf(“y =“);scanf(“%d”, &y);if (x > 0) {

if (y > 5)z = x + y;

elsez = 0; }

printf(“\n x = %d, y = %d, z = %d\n”, x, y, z);}



new InputStreamReader(System.in)); System.out.println("Type the each variables x, y"); System.out.print("x = "); strx = in.readLine(); x = Integer.parseInt(strx); // x = new Integer(strx); // Java 5.0 이상 System.out.print("y = "); stry = in.readLine(); y = Integer.parseInt(stry); if (x > 0) {

if (y > 5) z = x + y;else

z = 0; } System.out.println("x = "+ x + ", y = " + y+", z = "+z); }}

import java.io.*;


System.out.println("Type the each variables x, y"); x = System.in.read() - '0'; y = System.in.read() - '0'; if (x > 0) {

if (y > 5) z = x + y;else z = 0;

} System.out.println("x = "+ x + ", y = " + y+", z = "+z); }}


구문 정의



z := 7;writeln(‘Type the each variables x, y, z ‘);write (‘ x= ‘);readln (x);write (‘ y= ‘);readln (y);if x > 0 then begin


end else

z := 0;writeln(‘x = ‘, x, ‘ y = ‘, y, ‘ z= ‘, z)

end.


구문 정의

Sample List (3-2) *C*#include <stdio.h>

void main(){

int x, y, z;z = 7;printf(“ Type the each variables x, y, z\n”);printf(“x = “);scanf(“%d”, &x);printf(“y =“);scanf(“%d”, &y);if (x > 0) {

if (y > 5)z = x + y;

}else z = 0; printf(“\n x = %d, y = %d, z = %d\n”, x, y, z);

}



new InputStreamReader(System.in)); System.out.println("Type the each variables x, y"); System.out.print("x = "); strx = in.readLine(); x = Integer.parseInt(strx); // x = new Integer(strx); // Java 5.0 이상 System.out.print("y = "); stry = in.readLine(); y = Integer.parseInt(stry); if (x > 0) {

if (y > 5) z = x + y;

} else z = 0; System.out.println("x = "+ x + ", y = " + y+", z = "+z); }}

Sample List (3-3-1) *JAVA*import java.util.*;

public class ScanJava {public static void main(String[] args){

int x,y;int z = 0;Scanner scan = new Scanner(System.in);System.out.println("Type the each variables x,y");System.out.print("x= " );x = scan.nextInt();

System.out.print("y = " );y = scan.nextInt();if(x > 0)

if(y>5)z = x + y;

elsez = 0;

System.out.println("x = " + x + ", y = " + y + ", z = " + z);

}}

import java.io.*;


System.out.println("Type the each variables x, y"); x = System.in.read() - '0'; y = System.in.read() - '0'; if (x > 0) {

if (y > 5) z = x + y;

} else z = 0; System.out.println("x = "+ x + ", y = " + y+", z = "+z); }}


구현 방법

4.2 프로그래밍 언어 구현 기법

프로그래밍 언어 설계

번역 기법 (Translation)

인터프리터 기법 (Interpretation)

어떤 원시 (Source) 언어를 입력으로 목적 언어로 된 기능이 동등한 프로그램을 출력해 주는 언어 처리기

고급 언어로 된 프로그램을 읽어 각 문장을 디코딩하고 실행시키는 언어 처리기

번역 기법 (Translation)

로 더 기계어LINKER

고급언어

컴파일러 목적모듈

컴파일러

컴파일러

어셈블리 언어

어셈블러

. . .. . .

. . .

원 시프로그램

목 적프로그램

입력 자료

실행 결과

로드모듈

고급언어

고급언어

목적모듈

목적모듈

목적모듈

translatortarget

( 목적 언어 ) source ( 원시 언어 )


번역기의 종류Preprocessor

원시 언어 : 고급 언어목적 언어 : 고급 언어

Compiler원시 언어 : 고급 언어목적 언어 : 저급 언어 ( 어셈블리 , 준 기계어 )

Assembler원시 언어 : 어셈블리 언어목적 언어 : 준기계어 언어


Linkage Editor

원시 언어 : 여러 개의 프로그램목적 언어 : 로드 모듈 생성

( 실행 가능한 하나의 기계어 )

Loader

원시 언어 : 로드 모듈목적 언어 : 실행 가능한 기계어

(excutable code)


인터프리터 기법 (1)

고급 언어로 작성된 원시 프로그램

인터프리터

입력자료

실행 결과


인터프리터 기법 (2)

원시 프로그램

중간 형태 코드 입력자료

실행 결과

적당한 번역과정

인터프리터


Java

프로그램

출력

결과

Java

바이트

코드

바이트코드

컴파일러 (javac)

Java 가상기계의

바이트코드 인터프리터

Java 가상 기계가 작동하고 있는 실제 기계

< Java 바이트 코드 컴파일 >

번역기 종류와 인터프리터

고급 언어 프로그램 컴파일러

어셈블러 프로그램 어셈블러

링 커(linker, linkage editor) 로드 모듈

로드 모듈 로 더(relocating loader) 실행 가능 기계어

고급 언어 프로그램 Preprocessor

원시 언어 (입력) 목적 언어 ( 출력 )소프트웨어 프로그램

인터프리터 실행된프로그램이

결과

원시 언어 ( 입력 ) 출 력

목적모듈 ( 준기계어 )

고급 언어 프로그램

소프트웨어 프로그램 ( 하드웨어 기능 )

기계어 , 준기계어 ( 목적 모듈 )

기계어 , 준기계어 ( 목적 모듈 )

고급 언어 프로그램


번역 기법과 인터프리터 기법 비교

컴파일러 언어

입력 프로그램과 동일한 의미의 목적 언어 프로그램 생성

FORTRAN, ALGOL, PL/I, PASCAL, COBOLC, Ada

번역기

장점 : 실행 시간 효율성 (efficiency)단점 : 큰 기억 장치 요구


인터프리터 언어

중간 언어를 생성 후 중간 언어로 작성된 프로그램을 번역 , 실행

LISP, SNOBOL, APL, PROLOG

인터프리터

장점 : 사용자의 적응성 (flexibility)

단점 : 실행 시 많은 디코딩 시간 요구


Documents

제 4 장 프로그래밍 언어의 구문과 구현 기법