Kapitel 4: Syntax von Programmiersprachen

4 Syntax von Programmiersprachen 

Syntax (“Lehre vom Satzbau”): 

• formale Beschreibung des Aufbaus der “Worte” und “Sätze”, die zu einer 

Sprache gehören; 

• im Falle einer Programmier-Sprache Festlegung, wie Programme aussehen 

müssen. 

Hilfsmittel bei natürlicher Sprache: 

• Wörterbücher; 

• Rechtschreibregeln, Trennungsregeln, Grammatikregeln; 

• Ausnahme-Listen; 

• Sprach-“Gefühl”. 

59

Hilfsmittel bei Programmiersprachen: 

• Listen von Schlüsselworten wie,ÒØ,Ð×,ÛÐ... 

• Regeln, wie einzelne Worte (Tokens) z.B. Namen gebildet werden. 

Frage: 

IstÜ½¼ein zulässiger Name für eine Variable? 

oder°oderoder¼... 

• Grammatikregeln, die angeben, wie größere Komponenten aus kleineren 

aufgebaut werden. 

Frage: 

Ist einÛÐ-Statement imÐ×-Teil erlaubt? 

• Kontextbedingungen. 

Beispiel: 

Eine Variable muss erst deklariert sein, bevor sie verwendet wird. 

==⇒ 

==⇒ 

formalisierter als natürliche Sprache 

besser für maschinelle Verarbeitung geeignet 

60

Semantik (“Lehre von der Bedeutung”): 

• Ein Satz einer (natürlichen) Sprache verfügt zusätzlich über eine Bedeutung, 

d.h. teilt einem Hörer/Leser einen Sachverhalt mit (↑Information) 

• Ein Satz einer Programmiersprache, d.h. ein Programm verfügt ebenfalls über 

eine Bedeutung. 

Die Bedeutung eines Programms ist 

– alle möglichen Ausführungen der beschriebenen Berechnung 

(↑operationelle Semantik); oder 

– die definierte Abbildung der Eingaben auf die Ausgaben 

(↑denotationelle Semantik). 

Achtung! 

Ist ein Programm syntaktisch korrekt, heißt das noch lange nicht, dass es auch das 

“richtige” tut, d.h. semantisch korrekt ist!!! 

61

•ÒØ 

→ 

4.1 Reservierte Wörter 

•,Ð×,ÛÐ 

•´,µ,,³,ß,Ð,¸, 

→ 

→ 

Bezeichner für Basis-Typen; 

Schlüsselwörter aus Programm-Konstrukten; 

Sonderzeichen. 

62

4.2 Was ist ein erlaubter Name? 

Schritt 1: 

Klassifizierung der möglichen vorkommenden Zeichen: 

| 

| 

letter ::= °||| . . . |Þ||. . . 

digit ::= ¼| . . . 

• letter und digit bezeichnen Zeichenklassen, d.h. Mengen von Zeichen, die 

gleich behandelt werden. 

• Das Symbol “|” trennt zulässige Alternativen. 

• Das Symbol “. . .” repräsentiert die Faulheit, alle Alternativen wirklich 

aufzuzählen :-) 

63

Schritt 2: 

Angabe, wie die Zeichen angeordnet werden dürfen: 

name ::= letter ( letter | digit )* 

• Erst kommt ein Zeichen der Klasse letter, dann eine (eventuell auch leere) 

Folge von Zeichen entweder aus letter oder aus digit. 

• Der Operator “*” bedeutet “beliebig ofte Wiederholung” 

(“weglassen” ist 0-malige Wiederholung :-). 

• Der Operator “*” ist ein Postfix-Operator. Das heißt, er steht hinter seinem 

Argument. 

64

•½ ××ØÒÆÑ 

Beispiele: 

Ü°È××ÛÓÖ°... sind 

• ÀÐÐÓ Ü³ ¹½ 

... 

Achtung: 

alles legale Namen. 

sind keine legalen Namen. 

Reservierte Wörter sind als Namen verboten!!! 

65

4.3 Ganze Zahlen 

Werte, die direkt im Programm stehen, heißen auch Konstanten. 

Ganze Zahlen bestehen aus einem Vorzeichen 

·|¹ 

(das evt. auch fehlt) und einer 

nichtleeren Folge von Ziffern: 

sign ::= 

number ::= sign ? digit digit* 

• Der Postfix-Operator “?” besagt, dass das Argument eventuell auch fehlen 

darf, d.h. einmal oder keinmal vorkommt. 

• Wie sähe die Regel aus, wenn wir führende Nullen verbieten wollen? 

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•¹½ ·½¾¼ 

Beispiele: 

¾ ¼¹¼¼¼¼ 

•ÀÐÐÓÏÓÖÐ ¹¼º·½¾ 

... 

... 

sind alles legaleÒØ-Konstanten. 

sind keineÒØ-Konstanten. 

67

Ausdrücke, die aus Zeichen (-klassen) mithilfe von 

| (Alternative) 

* (Iteration) 

(Konkatenation) sowie 

? (Option) 

... aufgebaut sind, heißen reguläre Ausdrücke a (↑Automatentheorie). 

a Gelegentlich sind auch ǫ, d.h. das “leere Wort” sowie ∅, d.h. die leere Menge zugelassen. 

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Reguläre Ausdrücke reichen zur Beschreibung vieler “einfacher” Mengen von 

Worten aus. 

• ( letter letter )* 

– alle Wörter gerader Länge (über¸ººº¸Þ¸¸ººº¸); 

• letter*Ø×Øletter* 

– alle Wörter, die das TeilwortØ×Øenthalten; 

•digit*½ 

– alle Wörter, die mitanfangen, dann eine beliebige Folge von Ziffern 

aufweisen, die mit½aufhört; 

• sign? digit* ( digitº|ºdigit ) digit* ( (|)sign? digit digit* ) ? 

– alle Gleitkomma-Zahlen ... 

69

Identifizierung von 

• reservierten Wörtern, 

• Namen, 

• Konstanten 

Ignorierung von 

• White Space, 

• Kommentaren 

... erfolgt in einer ersten Phase (↑Scanner) 

==⇒ Input wird mit regulären Ausdrücken verglichen und dabei in Wörter 

(“Tokens”) aufgeteilt. 

In einer zweiten Phase wird die Struktur des Programms analysiert (↑Parser). 

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4.4 Struktur von Programmen 

Programme sind hierarchisch aus Komponenten aufgebaut. 

Für jede Komponente geben wir Regeln an, wie sie aus anderen Komponenten 

zusammengesetzt sein können. 

ÒØ 

program ::= decl* stmt* 

decl ::= type name (¸name )* 

type ::= 

• Ein Programm besteht aus einer Folge von Deklarationen, gefolgt von einer 

Folge von Statements. 

• Eine Deklaration gibt den Typ an, hier:ÒØ, gefolgt von einer 

Komma-separierten Liste von Variablen-Namen. 

71

stmt ::= 

|ßstmt*Ð| 

nameexpr|nameÖ´µ|ÛÖØéxprµ| 

ćondµstmt | 

ćondµstmtÐ×stmt | 

ÛÐćondµstmt 

• Ein Statement ist entweder “leer” (d.h. gleich) oder eine geklammerte Folge 

von Statements; 

• oder eine Zuweisung, eine Lese- oder Schreib-Operation; 

• eine (einseitige oder zweiseitige) bedingte Verzweigung; 

• oder eine Schleife. 

72

¹ 

expr ::= number | name |éxprµ| 

¹|·||»|± 

unop expr | expr binop expr 

unop ::= 

binop ::= 

• Ein Ausdruck ist eine Konstante, eine Variable oder ein geklammerter 

Ausdruck 

• oder ein unärer Operator, angewandt auf einen Ausdruck, 

• oder ein binärer Operator, angewand auf zwei Argument-Ausdrücke. 

• Einziger unärer Operator ist (bisher :-) die Negation. 

• Mögliche binäre Operatoren sind Addition, Subtraktion, Multiplikation, 

(ganz-zahlige) Division und Modulo. 

73

cond ::= ØÖÙ|Ð×|ćondµ| 

||||| 

expr comp expr | 

comp ::= 

bunop cond | cond bbinop cond 

²²| 

bunop ::= 

bbinop ::= 

• Bedingungen unterscheiden sich von Ausdrücken, dass ihr Wert nicht vom 

TypÒØist sondernØÖÙoderÐ×(ein Wahrheitswert – vom TypÓÓÐÒ). 

• Bedingungen sind darum Konstanten, Vergleiche 

• oder logische Verknüpfungen anderer Bedingungen. 

74

Puh!!! Geschafft ... 

75

Beispiel: 

ÒØÜ ÜÖ´µ ´Ü¼µ 

Ð×ÛÖØ´¼µ 

ÛÖØ´½µ 

Die hierarchische Untergliederung von Programm-Bestandteilen veranschaulichen 

wir durch Syntax-Bäume: 

76

Syntax-Bäume fürÜ¼sowieÛÖØ´¼µundÛÖØ´½µ 

cond 

stmt 

stmt 

expr 

expr 

expr 

expr 

name 

comp 

number 

number 

number 

x > 

0 

write( 1 ); 

write( 0 ); 

Blätter: 

innere Knoten: 

Wörter/Tokens 

Namen von Programm-Bestandteilen 

77

program 

stmt 

cond 

stmt 

stmt 

decl 

stmt 

expr 

expr 

expr 

expr 

type 

name 

name 

name 

comp 

number 

number 

number 

int 

x 

; 

x = read(); if ( x > 0 ) write( 1 ); else 

write( 0 ); 

78

Bemerkungen: 

• Die vorgestellte Methode der Beschreibung von Syntax heißt EBNF-Notation 

(Extended Backus Naur Form Notation). 

• Ein anderer Name dafür ist erweiterte kontextfreie Grammatik (↑Linguistik, 

Automatentheorie). 

• Linke Seiten von Regeln heißen auch Nicht-Terminale. 

• Tokens heißen auch Terminale. 

79

Achtung: 

• Die regulären Ausdrücke auf den rechten Regelseiten können sowohl 

Terminale wie Nicht-Terminale enthalten. 

• Deshalb sind kontextfreie Grammatiken mächtiger als reguläre Ausdrücke. 

Beispiel: 

L = {ǫ,,,, 

. . .} 

läßt sich mithilfe einer Grammatik beschreiben: 

A 

::= (A)? 

80

Syntax-Baum für das Wort: 

A 

A 

A 

A 

a 

a 

a 

b b b 

Für L gibt es aber keinen regulären Ausdruck!!! (↑Automatentheorie) 

81

Weiteres Beispiel: 

Zugehörige Grammatik: 

L = alle Worte mit gleich vielen’s und’s 

S 

A 

B 

::= (A|B)* 

::= (AA|) 

::= (BB|) 

Syntax-Baum für das Wort: 

S 

B 

B 

A 

B 

B 

B 

a a b a b b b a 

82

Kapitel 4: Syntax von Programmiersprachen

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