柬埔寨做网站网站,优秀网页设计618,龙岩小程序app,wordpress 浮动留言框在之前的章节中#xff0c;笔者曾多次运用BNF#xff08;巴科斯 - 诺尔范式#xff09;对语言的语法规则进行描述#xff0c;却未对其展开深入阐释。本篇将聚焦这一主题#xff0c;探讨其发展历程及使用技巧。 巴科斯-诺尔范式简称BNF#xff0c;最初由约翰巴科斯#x… 在之前的章节中笔者曾多次运用BNF巴科斯 - 诺尔范式对语言的语法规则进行描述却未对其展开深入阐释。本篇将聚焦这一主题探讨其发展历程及使用技巧。 巴科斯-诺尔范式简称BNF最初由约翰·巴科斯John Backus于20世纪50年代提出首先被用于描述ALGOL 60编程语言的语法。在BNF出现之前形式语言理论已经开始萌芽。Noam Chomsky提出了著名的乔姆斯基层级对形式语言进行了分类为BNF的发展奠定了理论基础。作为ALGOL 60的前身ALGOL 58的语法描述方式比较混乱并且缺乏足够的严谨性这促使人们寻求更规范的语法描述方法。1959年Backus为ALGOL 58开发了一种描述语法的符号系统使用类似于数学公式的符号来表示语法规则这被认为是BNF的前身。之后的若干年彼得·诺尔、唐纳德·克努特等人先后对这套符号系统进行了改进与扩展。当今BNF及其变体被广泛地用于描述编程语言、数据格式、指令集和其他形式系统的语法。 在前期内容中笔者已多次提及“文法”这一概念其核心功能是定义语言的语法结构包括确定哪些字符串属于该语言以及如何将这些字符串分解为更小的语法单元等。显然采用自然语言描述语言结构存在显著局限性极易引发二义性问题。而BNF巴科斯-诺尔范式则有效弥补了这一缺陷其通过形式化方法表达文法规则使文法描述更具清晰性、可理解性和实用性。关于文法的主要作用笔者已在前文阐述其既可为语法分析器生成工具提供生成依据亦可作为语法分析器的设计参考。 需要说明的是尽管文法文件至关重要但目前尚未形成统一的标准格式其具体书写方式通常取决于所使用的工具及实际应用场景。若需将文法作为手写语法分析器的设计指导建议参考文法6-1基于文法5-8的书写形式。
文法6-1#语法规则
S - set RATE where CONDITIONS ;
RATE - rate number
CONDITIONS - SPEC | SPEC and CONDITIONS
SPEC - field OPERATOR VALUE
...#词法规则
field - [a-zA-Z][a-zA-Z0-9_]*
any_string - [\s\S]*?
rate - rate
... 上述文法文件包含语法规则和词法规则两部分内容。其中词法规则仅用于描述终结符且仅被词法分析器调用。需要注意的是语法规则中出现的set、where等终结符虽与词法规则中的标识符形式一致但本质上表示Token类型与词法规则的字符匹配逻辑无直接关联。这一特性表明词法规则的设计应以Token类型为导向避免出现字符匹配与语法类型的映射遗漏。语法规则作为语法分析器的核心基础其作用不言而喻。在编写文法文件时建议将语法规则置于词法规则之前。 作为设计文档将语法规则与词法规则集中于同一文法文件进行管理是值得推荐的实践。尽管部分技术人员倾向于将词法规则嵌入代码或与语法规则分离这种做法在语言结构复杂时可避免文法文件体积过大、可读性下降等问题但对于复杂度有限的DSL而言集中式管理更便于规则的查找、修改和维护。关于文法文件的管理策略笔者提出以下建议
保持与代码逻辑的一致性。在对DSL编译器进行任何修改或扩展时应优先调整文法规则确保文法描述与实际实现的同步性避免出现规则与代码的语义偏差。 采用代码管理工具如git对文法文件进行版本控制通过追踪文件变更记录可清晰呈现语法规则的演化过程提升团队协作效率并降低维护成本。 让我们重新回到BNF的讨论。关于BNF的基本用法笔者已在前文进行了简要介绍。本节将探讨其高级用法。除原始形式外BNF还存在扩展形式——EBNFExtended BNF二者可相互转换。根据笔者的实践经验在日常使用中可灵活混用这两种形式无需严格区分。实际上多数场景下使用EBNF更为合适。毕竟文法的主要受众是人而人在阅读时简洁性显然更为重要。至于使用语法分析器生成器的场景具体支持何种形式的文法则取决于工具本身的限制。 需要注意的是EBNF存在多种变体。尽管国际标准化组织International Organization for StandardizationISO于1996年发布了EBNF标准但并未实现EBNF的完全统一因此业界在使用(E)BNF时存在多种不同的实现方式。 相对于BNFEBNF在表达形式方面更显简洁。以上一章给出的二进制字符串文法为例使用基本形式进行描述时将呈文法6-2所示的形式
文法6-2S - S BIT | BIT
BIT - 0 | 1 为描述二进制字符串中允许包含多个0或1的结构笔者采用了递归方式即第一条产生式。由于示例相对简单该表达方式未造成理解障碍。但需注意初次接触此类递归产生式时可能存在一定理解门槛尤其在递归层级较多的场景下复杂度会显著提升。这种情况下EBNF的作用就开始突显出来了其在BNF的基础上增加了一些非常有用的符号来增强文法的描述具体如下
其左侧的符号可出现0次或1次。*其左侧的符号可出现0次或多次。其左侧的符号可出现1次或多次。 其实并不需要死记硬背这些符号的作用和它们在正则表达式中的作用是完全一样的。如果用EBNF来描述文法6-2的话只需要一条产生式即可如文法6-3所示
文法6-3S - (0 | 1) 文法6-1中CONDITIONS所对应的产生式也包含了递归我们可以使用EBNF对其进行简化如文法6-4所示
文法6-4CONDITIONS - SPEC (and SPEC)* 这样改造后是不是感觉清晰很多了实际上EBNF的应用场景有很多不仅仅可以用来描述语言的语法还可以使用它来定义某些协议的格式或数据的格式。比如我们常见的XML其实就是使用EBNF进行定义的。 除上述三个符号之外EBNF中还引入一些其他的符号来增加表达能力。在此主要介绍如下三个
[]可选项其内部的语法结构是可选的可最多出现1次。{}重复项其内部的语法结构可重复出现0次或多次。()分组将多个语法结构组合在一起并形成一个整体。 符号“[]”和问号“?”都可以被用来表示被修饰的符号只能出现0或1次二者最大的差异在于“[]”主要用于修饰一组语法元素而“?”则主要被用于修饰某一个元素。以此类推重复项“{}”和“*”的区别也在于是否可以被用来修饰一组元素。实践中我们应尽量遵守各自的使用约束这样的话您编写的文法才更容易被人理解。 现实当中许多语言都使用了EBNF或其变体进行语法规则的描述比如CISO/IEC 9899标准、C、JavaScriptECMAScript标准、Java等。文法6-5展示了MySQL的DELETE语法也是基于EBNF进行描述的。除了MySQL之外您还可以在微软官网找到使用EBNF描述的SQL Server产品的SQL语法规则。值得注意的是虽然不同语言或规范所使用的EBNF变体存在着不同但它们的核心思想都是基于EBNF并使用类似的符号来描述语法。
文法6-5DELETE [LOW_PRIORITY] [QUICK] [IGNORE] FROM tbl_name [[AS] tbl_alias]
[PARTITION (partition_name [, partition_name] ...)]
[WHERE where_condition]
[ORDER BY ...]
[LIMIT row_count] EBNF之所以得到广泛应用主要得益于其具备的以下两项核心优势
消除认知歧义。理想情况下语言的语法规则一旦确定其描述应确保不同读者的理解完全一致。尽管自然语言理论上可用于语法定义如法律条文般追求严谨性但其表述往往冗长复杂增加理解成本。EBNF通过形式化符号系统简化语法描述在保持数学严谨性的同时显著提升可读性。其符号约定如[]表示可选、{}表示重复直观易懂即使未经过系统学习的软件技术人员也能快速理解规则含义有效避免了自然语言固有的歧义性。机器友好性。由于EBNF的无歧义特性多数语法分析器生成工具如ANTLR、Yacc要求用户使用EBNF格式描述语法规则。以ANTLR为例它所要求的文法文件格式如代码6-1所示。很明显其遵循了EBNF规范。只要不出现人为的失误ANTLR便可以根据文法自动生成唯一且正确的语法分析器。
代码6-1grammar Hello;
r : hello ID ; // match keyword hello followed by an identifier
ID : [a-z] ; // match lower-case identifiers
WS : [ \t\r\n] - skip ; // skip spaces, tabs, newline
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