Метасинтаксис: структура и состав фраз и предложений металлнгвика

Введение

Допустимая структура и состав фраз и предложений метаязыка

Метасинтаксис — это синтаксис, используемый для определения синтаксиса языка программирования или формального языка. Он описывает допустимую структуру и состав фраз и предложений метаязыка, который используется для описания либо естественного языка, либо языка компьютерного программирования. Некоторые из широко используемых формальных метаязыков для компьютерных языков — это форма Бэкуса — Наура (BNF), расширенная форма Бэкуса — Наура (EBNF), синтаксическая нотация Вирта (WSN) и дополненная форма Бэкуса — Наура (ABNF). Метаязыки имеют свой метасинтаксис, каждый из которых состоит из терминальных символов, нетерминальных символов и метасимволов. Терминальный символ, такой как слово или токен, является самостоятельной структурой в определяемом языке. Нетерминальный символ представляет собой синтаксическую категорию, которая определяет одну или несколько допустимых фразовых или предложных структур, состоящих из подмножества из n элементов. Метасимволы предоставляют синтаксическую информацию для обозначения в заданном метасинтаксисе. Терминалы, нетерминалы и метасимволы не применяются во всех метаязыках. Обычно метаязыки для языков токового уровня (формально называемых «регулярными языками») не имеют нетерминалов, поскольку в этих регулярных языках вложенность не является проблемой. Английский язык, как метаязык для описания определенных языков, не содержит метасимволов, поскольку все объяснения могут быть даны с использованием английских выражений. Существуют только определенные формальные метаязыки, используемые для описания рекурсивных языков (формально называемых контекстно-свободными языками), которые имеют терминалы, нетерминалы и метасимволы в своем метасинтаксисе.

Элемент метасинтаксиса

Терминалы: самостоятельная синтаксическая структура. Терминалы могут быть обозначены двойными кавычками, заключающими их имя. Например, "a", "b", "c". Нетерминалы: символическое представление, определяющее набор допустимых синтаксических структур, состоящий из подмножества элементов. Нетерминалы могут быть обозначены угловыми скобками, заключающими их имя. Например, <S>, <A>, <B>. Метасимвол: символическое представление, обозначающее синтаксическую информацию. Например, ::, |, ., ∅, ε.

Методы окончания фразы

Сопоставление: например,
Чередование: например,
Повторение: например,
Необязательная фраза: например,
Группировка: например,

Стандартная конвенция

Форма Баккуса-Наура обозначает нетерминальные символы, заключая название синтаксической категории в угловые скобки, а терминальные символы – в двойные кавычки. Терминалы никогда не могут появляться в левой части метасимвола в правиле вывода. Тело определения в правой части может состоять из нескольких альтернативных форм, при этом каждая альтернативная синтаксическая конструкция разделяется метасимволом. Каждая из этих альтернативных конструкций может быть как терминальной, так и нетерминальной. Расширенная форма Баккуса-Наура использует все возможности BNF и вводит два дополнительных метасимвола для расширения функциональности. Одна из этих новых возможностей используется для обозначения необязательной фразы в выражении, заключая её в квадратные скобки. Вторая возможность используется для обозначения фразы, которая должна повторяться ноль или более раз, заключая её в фигурные скобки. Синтаксис Вирта использует все возможности EBNF, за исключением того, что нетерминалы не обязательно заключаются в угловые скобки, но всегда определяются в правой части правила вывода. Также не требуется, чтобы каждый нетерминал был явно определён. Нетерминалы, такие как и , неявно определяются как символ ASCII и необязательный пробел соответственно. Дополненная форма Баккуса-Наура обозначает нетерминальные символы, начиная однословное имя с буквы в качестве названия синтаксической категории. Угловые скобки не требуются. Терминальные символы обозначаются либо словами в двойных кавычках, либо следующей числовой структурой: буква «a», за которой следует или или , за которой следует числовое значение или последовательность числовых значений, разделённых метасимволом. Метасимвол помещается между двумя числовыми значениями для обозначения диапазона значений. Как и в BNF, терминалы ABNF никогда не появляются в левой части метасимвола в правиле вывода. Метасимвол обозначает альтернацию. Пробелы используются для разделения элементов в теле определения. Метасинтаксис для повторения в ABNF имеет несколько форм. Перед элементом обозначает, что элемент должен повторяться ноль или более раз. Числовое значение, за которым следует , за которым следует числовое значение, за которым следует элемент, обозначает, что элемент должен повторяться не менее раз и не более раз. Одно числовое значение перед элементом обозначает, что элемент должен повторяться раз. Комментарии могут быть добавлены после метасимвола. Как и в EBNF, квадратные скобки вокруг фразы обозначают, что фраза является необязательной.

'Backus–Naur form' denotes nonterminal symbols by angle bracketing the name of the syntactic category, while it denotes terminal symbols by double quoting the terminal words. Terminals can never appear on the left hand side of the metasymbol in a derivation rule. The body of the definition on the right hand side may be composed with several alternative forms with each alternative syntactic construct being separated by the metasymbol Each of these alternative construct may be either terminal or nonterminal. 'Extended Backus–Naur form' uses all facilities in BNF and introduces two more metasymbols for additional features. One of these two new features is applied to denote an optional phrase in a statement by square bracketing the optional phrase. The second feature is applied to denote a phrase that is to be repeated zero or more times by curly bracketing the phrase. 'Wirth syntax notation' uses all facilities in EBNF except that the nonterminals are not necessarily angle bracketed but are always defined on the right hand side of in its production rule. It also does not require every nonterminal to be explicitly defined. Nonterminals such as and are implicitly defined as ASCII character and optional white space respectively. 'Augmented Backus–Naur form' denotes nonterminal symbols by starting a one word name with an alphabet as the name of the syntactic category. Angle brackets are not required. Terminal symbols are either denoted by double quoted words or denoted by the following numeric structure: a , followed by or or , followed by a numeric value or a concatenation of numeric values separated by Metasymbol is placed between two numeric values to denote value range. As that of BNF, the terminals of ABNF never occurs on the left hand side of the metasymbol in the derivation rule. Metasymbol denotes alternations. White space is used to separate elements in the body of the definition. The metasyntax for repetition in ABNF has several forms. A preceding an element denotes the element to be repeated zero or more times. Numeric value followed by followed by numeric value followed by an element denotes the element to be repeated at least times and at most times. A single numeric value preceding an element denotes the element to be repeated times. Comments may be express after metasymbol As in EBNF, square bracketing a phrase denotes the phrase to be optional.

Вариации

Метасинтаксические соглашения этих формальных метаязыков пока не формализованы. Многие метасинтаксические вариации или расширения существуют в справочных руководствах различных языков программирования. Одно из отклонений от стандартного соглашения для обозначения нетерминалов и терминалов заключается в удалении метасимволов, таких как угловые скобки и кавычки, и применении различных шрифтов к соответствующим словам. Например, в Ada синтаксические категории обозначаются использованием шрифта без засечек с маленькими буквами для соответствующих слов или символов. Все терминальные слова или символы в Ada состоят из символов с кодовыми позициями от до (включительно). Определение каждого набора символов приводится в Международном стандарте, описанном в ISO/IEC 10646:2003. В C и Java синтаксические категории обозначаются курсивом, а терминальные символы – готическим шрифтом. В языке J его метасинтаксис вообще не использует метасимволы для описания синтаксиса. Вместо этого все синтаксические объяснения даются на метаязыке, очень похожем на английский, который называется Dictionary и уникально документирован для J.

Преимущества продлений

Целью новых расширений является предоставление более простого и однозначного метасинтаксиса. Что касается простоты, метанотация БНФ явно не способствует улучшению читаемости метасинтаксиса, поскольку метасимволы начала и конца встречаются слишком часто. Что касается неоднозначности, метанотация БНФ порождает ненужную сложность, когда кавычки, апострофы, знаки «меньше» или «больше» используются в качестве терминальных символов, что происходит довольно часто. Расширенный метасинтаксис использует свойства символов, такие как регистр, шрифт и кодовая позиция, для уменьшения вышеупомянутой ненужной сложности. Более того, некоторые метаязыки используют категории шрифтовых разделителей для включения метасинтаксических возможностей, определяющих правила оформления, которые формально не поддерживаются БНФ.