ANTLR3完全参考指南读书笔记[02]

前言

程序语言是什么？

用wiki上的描述，程序语言是一种人工设计的语言，用于通过指令与机器交互；程序语言是编程程序的标记，而程序是一种计算或算法的描述。详细介绍和背景信息参考：

Programming_language(http://en.wikipedia.org/wiki/Programming_language)

Programming_language_generations(http://en.wikipedia.org/wiki/Programming_language_generations)  

History_of_programming_languages(http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_programming_languages)。

 

那如何确定程序语言是合法的(well-formed)呢？

识别器(reccognizer)！

 

大家都这么懒，有什么简单的方法能自动生成程序语言？

工具早被视为不是银弹了，不过像eclipse EMF、PD等建模工具提供了代码生成(code generation)功能。

但是如果想像一些开源软件，暴露出xml格式的配置文件，根据这些配置文件再做一些逻辑处理，这时需要解析xml文件；进一步，如果定义了自己的内部数据格式，每次使用时都得解析；再进一步，在数据格式中融入可变的逻辑操作，实现解析功能的代码恐怕没有那么简单了。

直观的感觉，只要有格式，冥冥之中总会存在能够描述这种格式的方法，文法/语法是很好的候选者。

那这好像跳入了编译原理这个大坑里，幸好有了Parr的工作。

 

内容

状态机(statemachine)/确定有限自动机deterministic finite automation, DFA)

句子的树结构

语言的歧义(ambiguous)：文法所无法描述的语言特征：短语上下文依赖(context dependency)、短语优先级(precedence)

 

1 自动机

如当前法国人尝试用固定的方程描述上帝所做的一切一样，面对问题时，人们总是期望可以通过建模，在有限步骤内解决。

状态机可以用于生成语句吗？Parr举了个简单英文语句生成状态机的例子：（该图用graphviz(http://www.graphviz.org/)重新生成）

这是一个DFA。

 

但同法国人的失败一样，状态机不能避免生成不符合某种规范/约束要求的语句的情况，例如my truck is sad；Parr指出其原因有:语法中表达不出含义，句中短语可能存在依赖和顺序关系。

 

通过状态机生成的语言称为正则语言(regualr languages)，状态机在生成语言发面的缺陷的本质在于它无记忆，即无法记住它之前生成过什么。

 

2 树

树作为一种数据结构的抽象，在计算机科学中扮演着很重要的角色，以至于在遇到需要存在嵌套和顺序关系时，IT从业者总会想到树。

树在生成语句时称为推导树(derivation tree)，而在识别语句时称为解析树(parse tree)。下图是文中给出的赋值语句的树结构示例：

从分治策略(divide and conquer)角度看，这些箭头都可以理解为方法的调用，自然而然的可以在状态机基础上添加方法调用和返回功能。

 

那如何在状态机中添加记忆功能呢？栈(stack)！

就跟方法调用一样，参数和方法返回地址等信息用栈保存是极便利的。这点在Java虚拟机规范中的每个方法对应一个stack frame可以说明这一点。

加了栈的状态机成为自顶向下状态机(pushdown automation)。

 

这个语法图又是什么？

恩，也是一个状态机，好高端的样子，在Oracle SQL官方文档中也可以看到。

该语法规则是递归的，幸运的是它不是左递归的。关于左递归，看看下面的Java代码片段：

void expr(){

expr();

otherMethod();

}

一旦调用，时间或长或短，JVM绝对会报StackOverflowError，在适当配置VM运行参数的情况下，吐出点东西来，作为诅咒你的证据。

 

3 语言结构的歧义

程序语言的歧义是指，在语法图中，一个句子可以用多条路径生成。举个例子：3+4×5，是该解释为(3+4)×5还是3+(4×5)。

ANTLR3提供了谓词用于解决歧义问题：表达规则间优先级的语法谓词(syntactic predicate)和作为语言结构识别运行时布尔开关的语义谓词(semantic predicate)。这点在后面的笔记中再做记录。