Синтаксис и семантика языка программирования

Любой язык, в том числе и язык программирования, подчиняется ряду правил. Их принято разделять на правила, определяющие синтаксис языка, и правила, определяющие его семантику.

Синтаксис языка - совокупность правил, определяющих допустимые конструкции (слова, предложения) языка, его форму.

Семантика языка - совокупность правил, определяющих смысл синтаксически корректных конструкций языка, его содержание.

Языки программирования относятся к группе формальных языков, для которых в отличие от естественных языков однозначно определены синтаксис и семантика. Описание синтаксиса языка включает определение алфавита и правил построения различных конструкций языка из символов алфавита и более простых конструкций. Для этого обычно используют форму Бэкуса-Наура (БНФ) или синтаксические диаграммы. Описание конструкции в БНФ состоит из символов алфавита языка, названий более простых конструкций и двух специальных знаков:

· «::=»- читается как «может быть заменено на»,

· «|» - читается как «или».

При этом символы алфавита языка, которые часто называют терминальными символами или терминалами, записывают в неизменном виде. Названия конструкций языка (нетерминальные символы или нетерминалы), определяемых через некоторые другие символы, при записи заключают в угловые скобки («< », « >»).

Пример БНФ

Правила построения конструкции <Целое>, записанные в

БНФ, могут выглядеть следующим образом:

<Целое>::= <3нак> <Целое без знака> | <Целое без знака>

<Целое без знака> ::= <Целое без знака> <Цифра> | <Цифра>

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

<3нак>::= + | -

Для отображения того, что конструкция <Целое без знака> может включать неограниченное количество цифр, использовано правило с левосторонней рекурсией. Многократное применение этого правила позволяет построить целое число с любым количеством цифр.

Синтаксические диаграммы отображают правила построения конструкций в более наглядной форме. На такой диаграмме символы алфавита изображают блоками в овальных рамках, названия конструкций – в прямоугольных, а правила построения конструкций - в виде линий со стрелками на концах. При этом, если линия входит в блок, то в описываемую конструкцию должен входить соответствующий символ. Разветвление линии означает, что при построении конструкции возможны варианты. На рис. 2.1 представлена синтаксическая диаграмма, иллюстрирующая первые два правила описания конструкции <Целое>. Из диаграммы видно, что целое число может быть записано со знаком или без и включать произвольное количество цифр.

Для описания синтаксических конструкций своего языка Н. Вирт использовал именно синтаксические диаграммы, поэтому в тех случаях, когда словесное описание синтаксиса конструкции длинно и нечетко, мы будем использовать синтаксические диаграммы.

Алфавит языка программирования Borland Pascal 7.0 включает:

1. строчные, прописные буквы латинского алфавита (a..z, A..Z) и знак подчеркивания ( _ ), который также во многих случаях считается буквой (строчные и прописные буквы не различаются);

2. цифры (0...9);

3. специальные знаки, состоящие из одного и двух символов:

. ,+ - * / = : < > [ ] { } ( ) ^ @ $ #<> <= >= := (* *)

4. служебные слова (эти сочетания считаются единым целым и их нельзя использовать в программе в другом качестве): (примеры)

Из символов алфавита в соответствии с правилами синтаксиса строят различные конструкции. Простейшей из них является конструкция <Идентификатор>.

Эта конструкция используется во многих более сложных конструкциях для обозначения имен программных объектов (полей данных, процедур, функций и т. п.).

В Borland Pascal идентификатор представляет собой последовательность букв латинского алфавита (включая символ подчеркивания) и цифр, которая обязательно начинается с буквы.

Синтаксическая диаграмма идентификатора приведена на рис. 2.2. Остальные конструкции будут рассмотрены в последующих разделах. Семантику языка программирования закладывают в его компилятор. Таким образом, синтаксически корректная программа, написанная на языке программирования, после преобразования ее в последовательность машинных команд обеспечит выполнение компьютером требуемых операций.

Структура программы

Программа на Borland Pascal состоит из трех частей: заголовка, раздела описаний и раздела операторов.

• Заголовок программы не является обязательным, он состоит из служебного слова program и идентификатора - имени программы.
• Раздел описаний содержит описания всех используемых программой ресурсов (полей данных, подпрограмм и т.д.).
• Раздел операторов заключается в, так называемые, операторные скобки begin ...end и заканчивается точкой. Между операторными скобками записывают управляющие операторы программы, которые разделяют специальным знаком – точкой с запятой «;». Если точка с запятой стоит перед end, то считается, что после точки с запятой стоит «пустой» оператор.
• В тексте программы возможны комментарии, которые помещают в фигурные скобки.

Пример программа, которая реализует алгоритм Евклида для определения наибольшего общего делителя двух натуральных чисел.

Program example; {заголовок программы}

{раздел описаний}

Uses crt;

Var a,b:integer; {объявление переменных}

{раздел операторов}

Begin

Write ('Введите два натуральных числа:'); {запрашиваем ввод данных}

Readln(a,b); {вводим значения}

while a<>b do {цикл-пока а<>b}

if a>b then a:=a-b {если a>b, тогда a:=a-b}

else b:=b-a; {иначе b:=b-a}

Writeln(‘Hauбoльшuй общий делитель равен ’,a); {выводим результат}

End. {конец программы}

Программа названа «example». Раздел описаний в данном случае включает только описание переменных (см. параграф 2.3). Раздел операторов содержит операторы ввода исходных данных, вычислений и вывода результатов. Начнем рассмотрение особенностей программирования на языке Borland Pascal с проблемы описания данных.