Bài giảng Chương trình dịch - Phân tích cú pháp và các phương pháp phân tích cơ bản

* Bài giảng 4 - Phân tích cú pháp và các phương pháp phân tích cơ bản Nguyễn Phương Thái Bộ môn Khoa học Máy tính  * Bài toán Đầu vào: câu vào chứa toàn các từ tố Phân tách câu vào thành các phần theo văn phạm và biểu diễn cấu trúc này bằng một cây (gọi là cây phân tích) hoặc theo một cấu trúc nào đó tương đương với cây. * Bài toán (tiếp) * Văn phạm Mọi ngôn ngữ lập trình đều có các luật mô tả các cấu trúc cú pháp. Một chương trình nguồn viết đúng phải tuân theo các luật mô tả này - tức là viết đúng văn phạm (hay đúng ngữ pháp). Văn phạm của một ngôn ngữ lập trình có cấu trúc có thể mô tả bằng văn phạm phi ngữ cảnh và biểu diễn theo ký pháp BNF hoặc đồ thị chuyển. * Các phương pháp phân tích Cơ sở của phân tích cú pháp đối với lớp VPPNC là định lý Bài toán thành viên với ngôn ngữ phi ngữ cảnh. Người ta đã chứng minh được định lý này bằng cách đưa ra các giải thuật cài đặt trên thực tế, ví dụ như: Thuật toán phân tích Top-Down. Thuật toán phân tích Bottom - Up. Thuật toán phân tích CYK (Coke-Younger-Kasami). Thuật toán phân tích Earley. * Các phương pháp phân tích (tiếp) Việc phân tích một câu là khôi phục hoặc xây dựng suy dẫn sinh ra nó, do đó ta sẽ dựng được cây suy dẫn. Thông thường trong các thuật toán phân tích, ta hay tiến hành từ một phía của câu, kiểm tra lần lượt các thành phần của câu đó cho đến hết (đa số từ trái sang phải). * Hai chiến lược phân tích chính Chiến lược phân tích top-down (trên xuống): cho một văn phạm phi ngữ cảnh G = (, , P, S) và một câu cần phân tích w. Ta xuất phát từ điểm khởi đầu, nghĩa là từ S, áp dụng các suy dẫn trái, tiến từ trái qua phải thử tạo ra câu đưa vào phân tích w. Chiến lược phân tích bottom-up (dưới lên): Quá trình ngược lại với phân tích top-down, xuất phát từ chính câu vào phân tích w, bằng cách áp dụng thu gọn các suy dẫn phải, tiến hành từ trái qua phải để đi tới ký hiệu đầu S của văn phạm. * Hai chiến lược phân tích chính (tiếp) Điều kiện để các thuật toán trên là dừng như sau: Phân tích top-down (phân tích trái) là dừng khi và chỉ khi G không có đệ quy trái. Phân tích bottom-up (phân tích phải) là dừng khi và chỉ khi G không chứa suy dẫn A=>+ A và không có sản xuất B (sản xuất rỗng). * Khó khăn khi phân tích Gặp các luật có nhiều lựa chọn ở vế phải như: 	A 1 | 2 | 3 ......... | k, k  2 Giải quyết: có hai chiến lược: 1. Phân tích quay lui (backtrack): ta thử lần lượt các i (1  i  k) để tìm i thích hợp. Rất tốn thời gian. 2. Phân tích không quay lui (without-backtrack). Trong việc tìm sản xuất thích hợp, ta biết cách xác định sản xuất duy nhất thích hợp mà không cần phải thử các sản xuất khác. Các phương pháp phân tích như vậy gọi là phân tích tất định (deterministic parsing). * Phân tích Top-Down Chuẩn bị: Với một VPPNC cho trước, đánh dấu mọi lựa chọn trong từng sản xuất. Ví dụ: nếu các sản xuất dạng SaSbS | aS | c thì aSbS là lựa chọn thứ nhất, aS là lựa chọn thứ hai và c là lựa chọn cuối của sản xuất S. Dùng một con trỏ chỉ đến xâu vào. Ký hiệu trên xâu vào do con trỏ chỉ đến gọi là ký hiệu vào hiện tại. Vị trí đầu tiên của con trỏ là ký hiệu bên trái nhất của xâu vào. * Phân tích Top-Down (tiếp) Tiến hành các bước đệ quy sau: Nếu nút đang xét là một nút ký hiệu không kết thúc A thì lấy lựa chọn đầu tiên, ký hiệu là X1...Xk. Lại lấy nút X1 làm nút đang xét. Trường hợp k = 0 (sản xuất ) thì lấy nút ngay bên phải A làm nút đang xét. Nếu nút đang xét là nút ký hiệu kết thúc a, thì so sánh nó với ký hiệu vào hiện tại: Nếu giống nhau thì lấy nút ngay bên trái a làm nút đang xét và chuyển con trỏ xâu vào sang bên phải một ký hiệu. Nếu a không giống thì quay lại nút do sản xuất trước tạo ra, điều chỉnh lại con trỏ xâu vào nếu cần thiết, sau đó ta lại thử lựa chọn tiếp theo. Nếu không còn lựa chọn nào nữa thì lại qua lại nút trước đó và cứ như vậy. * Ví dụ VPPNC G=(, , P, S) P: SaSbS | aS | c w =aacbc * Ví dụ VPPNC G=(, , P, S) P: SaSbS | aS | c w =aacbc * * Phân tích Bottom-Up Ngược lại với phương pháp top-down: bắt đầu từ lá cố gắng xây dựng thành cây bằng cách hướng lên gốc. Phân tích bottom-up được gọi là phân tích gạt thu gọn (shift-reduce parsing). * Ví dụ SAB, Aab, Baba ababa. * Thời gian, bộ nhớ và độ phức tạp của top-down & bottom-up Với xâu vào w có độ dài n, độ phức tạp của thuật toán cn. Hình dung: c = 3, n = 20 3n = 320 = trên 3 tỷ. Với máy tính có khả năng thực hiện được 1000 phép xét từ tố mỗi giây, tổng thời gian cần để phân tích mỗi một câu lệnh này là 3tỷ /1000/60/60 > 80 giờ. Nếu máy tính có khả năng xử lý gấp 10 lần (10.000 từ tố mỗi giây) thì cũng cần đến 8 giờ để xử lý xong câu lệnh đó. * Phát hiện lỗi Nếu một chương trình dịch chỉ phải dịch các chương trình máy tính viết đúng thì thiết kế và hoạt động của nó sẽ rất đơn giản. Một chương trình dịch tốt phải phát hiện, định vị, phân loại được tất cả các lỗi để giúp đỡ người viết. Người thiết kế chương trình dịch phải tự quyết định bắt và báo lỗi như thế nào * Phát hiện lỗi (tiếp) Giai đoạn phân tích cú pháp phát hiện và khắc phục được khá nhiều lỗi do: Nhiều loại lỗi khác nhau đồng thời cũng là lỗi cú pháp. Ví dụ lỗi do chuỗi từ tố từ bộ phân tích từ vựng không theo thứ tự của luật văn phạm của ngôn ngữ lập trình. Nhờ sự chính xác của các phương pháp phân tích. * Các chiến lược phục hồi lỗi Phục hồi kiểu trừng phạt Khôi phục cụm từ Gia cố luật (sản xuất) hay gặp lỗi Chỉnh lý toàn cục.