Automate and Compiler 2018

AUTOMATA AND
COMPILER
‫محور‬‫االوتومات‬‫و‬‫المترجمات‬
By Eng. Joud Khattab

Content
■ Overview.
■ Automate.
■ Regular Expression.
■ Context Free Grammars.
■ Compiler.
■ MCQ.
2

Automata
■‫عن‬ ‫أمثلة‬‫األوتومات‬:
–‫القهوة‬ ‫بيع‬ ‫آلة‬ ‫في‬ ‫الموجود‬ ‫الحاسب‬.
–‫اآللي‬ ‫الصراف‬ ‫في‬ ‫الموجود‬ ‫الحاسب‬ATM.
■‫ع‬ ‫لالستعالم‬ ‫المفاتيح‬ ‫لوحة‬ ‫نستخدم‬ ‫ثم‬ ‫ومن‬ ً‫أوال‬ ‫البطاقة‬ ‫نضع‬ ‫اآللي‬ ‫الصراف‬ ‫في‬‫ن‬
‫أو‬ ‫معين‬ ‫مبلغ‬ ‫لسحب‬ ‫أو‬ ‫الرصيد‬...‫إلخ‬.
■‫تسلسالت‬ ‫في‬ ‫اختالف‬ ‫يوجد‬ ‫ولكن‬ ‫معين‬ ‫بتسلسل‬ ‫األحداث‬ ‫من‬ ‫عدد‬ ‫لدينا‬ ‫يكون‬ ‫أي‬
‫عل‬ ‫أو‬ ‫المعلومات‬ ‫على‬ ‫يتم‬ ‫الذي‬ ‫هذا‬ ‫األحداث‬ ‫وتسلسل‬ ‫ثابت‬ ‫غير‬ ‫فالتسلسل‬ ‫األحداث‬‫ى‬
‫عليها‬ ‫يتعرف‬ ‫التي‬ ‫واللغة‬ ‫الحسابات‬ ‫هو‬ ‫المعلومات‬ ‫حركة‬‫األتومات‬،‫النظام‬ ‫بهذا‬ ‫الخاص‬
■‫ادخال‬ ‫بعد‬ ً‫فمثال‬ ‫مرة‬ ‫كل‬ ‫في‬ ‫التسلسل‬ ‫بنفس‬ ‫السير‬ ‫الضروري‬ ‫من‬ ‫ليس‬ ‫بالتالي‬‫البطاقة‬
‫الت‬ ‫حساب‬ ‫اختيار‬ ‫ممكن‬ ‫بل‬ ‫الجاري‬ ‫الحساب‬ ‫اختيار‬ ً‫دائما‬ ‫المفروض‬ ‫من‬ ‫ليس‬ ‫للصراف‬‫وفير‬
‫مختلف‬ ‫بفرعين‬ ‫الذهاب‬ ‫يمكن‬ ‫وبالتالي‬ ‫لنا‬ ‫بالنسبة‬ ‫مقبولتان‬ ‫العمليتين‬ ‫فكال‬‫في‬ ‫ين‬
‫األتومات‬.
4

Automata
■‫الرياضي‬ ‫التعريف‬‫لألوتومات‬:
■ M = ( Q , Σ , δ , q0 , F) were
– Q = { q0 , q1 , q2 , q3 }
– Σ = { 0 , 1 }
– q0 = q0 initial state
– F = { q0 }
■‫االصفار‬ ‫عدد‬ ‫فيها‬ ‫يكون‬ ‫التي‬ ‫السالسل‬ ‫جميع‬ ‫يقبل‬ ‫المثال‬‫والواحدات‬‫زوجي‬.
5

Different Kinds of Automata (Chomsky)
(‫القواعد‬ ‫لتوصيف‬ ‫وهرميتها‬ ‫اللغات‬ ‫أنواع‬)
1. Regular Languages:
– Definition Tool: Finite Automata ( ‫األوتومات‬‫المنتهي‬ )
– Memory Type: no temporary memory
– Ex: ATM, Search.
2. Context-Free Languages:
– Definition Tool: Push down Automata (PDA) ( ‫األوتومات‬‫المكدس‬ ‫ذات‬ )
– Memory Type: stack
– Ex: Syntax recognition of a specific language, Identify the conditional (IF)
3. Recursive Languages:
– Definition Tool: Turing Machines
– Memory Type: random access memory (RAM)
– Ex: Recognize all languages regardless their form
6

Finite Automata
■‫أنواع‬‫االوتومات‬‫المنتهي‬:Finite Automata
–‫االوتومات‬‫الحتمي‬ ‫المنتهي‬( :Deterministic finite automata DFA)
■‫هذا‬ ‫يحقق‬ ‫حيث‬‫االوتومات‬‫الى‬ ‫يكون‬ ‫معين‬ ‫رمز‬ ‫اجل‬ ‫ومن‬ ‫وحيدة‬ ‫حالة‬ ‫من‬ ‫االنتقال‬ ‫ان‬
‫محددة‬ ‫وحيدة‬ ‫حالة‬.
–‫االوتومات‬‫المنتهي‬‫الالحتمي‬( :Non deterministic finite automata NFA)
■‫شرط‬ ‫يحقق‬ ‫ال‬ ‫الذي‬ ‫وهو‬‫االوتومات‬‫السابق‬.
■‫الرمز‬ ‫بنفس‬ ‫حالة‬ ‫من‬ ‫اكثر‬ ‫الى‬ ‫االنتقال‬ ‫نستطيع‬ ‫أي‬.
7

Finite Automata
■‫مالحظات‬:
–‫اجل‬ ‫من‬‫اوتومات‬‫نوع‬ ‫من‬DFA‫ما‬ ‫لسلسلة‬ ‫القبول‬ ‫خوارزمية‬ ‫بناء‬ ‫يمكن‬.
■‫تنتمي‬ ‫ما‬ ‫سلسلة‬ ‫كانت‬ ‫ما‬ ‫اذا‬ ‫معرفة‬ ‫خاللها‬ ‫من‬ ‫نستطيع‬ ‫التي‬ ‫الخوارزمية‬ ‫أي‬‫لالوتو‬‫مات‬
‫ال‬ ‫ام‬.
–‫حالة‬ ‫في‬ ‫اما‬NFA‫قبول‬ ‫خوارزمية‬ ‫بناء‬ ‫يمكن‬ ‫فال‬.
■‫جدا‬ ‫مكلفة‬ ‫ولكنها‬ ‫تراجعية‬ ‫قبول‬ ‫خوارزمية‬ ‫بناء‬ ‫يمكن‬.
–‫على‬ ‫يبرهن‬NFA‫ل‬ ‫بتحويلها‬DFA‫لها‬ ‫مكافئ‬.
–‫لكل‬NFA‫هنالك‬DFA‫له‬ ‫مكافئ‬.
8

Finite Automata
From NFA To DFA
9

Finite Automata
From NFA To DFA
10

Finite Automata
From NFA To DFA
11

Finite Automata
ε-NFA
■‫االوتومات‬‫الالحتمي‬‫االنتقال‬ ‫مع‬‫ابسيلون‬
–‫مثال‬:
–‫هي‬ ‫االبجدية‬ ‫ان‬ ‫نعتبر‬:
■0 1 2 ε
12

Question 1
■‫أعط‬‫األوتومات‬‫المكافئ‬ ‫الحتمي‬ ‫المنتهي‬‫لألوتومات‬‫المنتهي‬‫الالحتمي‬‫التالي‬:
13

Question 1
■‫الجواب‬:
14

REGULAR LANGUAGE
‫المنتظمة‬ ‫اللغات‬
15

Regular Language
■‫النظامي‬ ‫التعبير‬:
–‫لتمثيل‬ ‫مختصرة‬ ‫مبسطة‬ ‫طريقة‬ ‫عن‬ ‫عبارة‬ ‫هو‬‫االوتومات‬‫معينة‬ ‫لغة‬ ‫يوصف‬ ‫الذي‬
‫من‬ ‫مجموعة‬ ‫على‬ ‫ويعتمد‬‫التراميز‬.
■‫المنتظمة‬ ‫اللغة‬:
–‫ب‬ ‫تمثيلها‬ ‫يمكن‬ ‫لغة‬ ‫كل‬ ‫هي‬RE‫ب‬ ‫ممثلة‬ ‫تكون‬ ‫عمليا‬ ‫أي‬DFA.
16

Regular Language
■‫امثلة‬:
–‫االبجدية‬ ‫لدينا‬ ‫كانت‬ ‫اذا‬σ = {𝑎}‫النظامية‬ ‫التعابير‬ ‫من‬ ‫العديد‬ ‫بناء‬ ‫نستطيع‬:
■a:‫واحد‬ ‫حرف‬ ‫من‬ ‫المؤلفة‬ ‫السلسلة‬ ‫يكافئ‬.
■ε:‫الخالية‬ ‫السلسلة‬ ‫يكافئ‬.
■a*:‫تكرار‬ ‫من‬ ‫المؤلفة‬ ‫السلسلة‬ ‫او‬ ‫الخالية‬ ‫السلسلة‬ ‫يكافئ‬a‫أو‬ ‫أكبر‬ ‫المرات‬ ‫من‬ ‫عدد‬
‫الواحد‬ ‫يساوي‬.
■a+:‫تكرار‬ ‫من‬ ‫المؤلفة‬ ‫السلسلة‬ ‫يكافئ‬a‫الواحد‬ ‫يساوي‬ ‫أو‬ ‫أكبر‬ ‫المرات‬ ‫من‬ ‫عدد‬.
■an:‫تكرار‬ ‫من‬ ‫المؤلفة‬ ‫السلسلة‬ ‫يكافئ‬a(n)‫فقط‬ ‫مرة‬.
–‫األبجدية‬ ‫لدينا‬ ‫كانت‬ ‫اذا‬σ = {𝑎,𝑏}‫المنتظمة‬ ‫التعابير‬ ‫من‬ ‫العديد‬ ‫بناء‬ ‫نستطيع‬:
■a*b*:‫عملية‬ ‫عن‬ ‫الناتجة‬ ‫السلسلة‬ ‫يكافئ‬concatenation‫أي‬).(‫نظاميين‬ ‫تعبيرين‬ ‫بين‬.
17

Regular Language
■ L1 = { a*b* : a,b ∈ σ }
– L1 is regular language.
■ L2 = { anbn : a,b ∈ σ , n>=0}
– L2 is not regular language.
■‫اللغة‬ ‫ان‬ ‫نالحظ‬L2‫ير‬ ‫أن‬ ‫يجب‬ ‫مقبولة‬ ‫السلسة‬ ‫تكون‬ ‫حتى‬ ‫ألنه‬ ‫وذلك‬ ،‫ذاكرة‬ ‫الى‬ ‫تحتاج‬‫ى‬
b‫ورود‬ ‫مرات‬ ‫عدد‬ ‫بنفس‬a.
18

Regular Language
■ L1, L2: Regular Languages then:
– L = L1 . L2 = { X.W were X ∈ L1 , W ∈ L2 } is Regular Language
– L1 ∪ L2 is Regular Language
– L1 , L2 is Regular Language
– L1 ∩ L2 is Regular Language
19

Regular Expressions
Exercise 1
■ Suppose the only characters are 0 and 1.
■ A regular expression for strings containing 00 as a substring:
(0 | 1)* 00 (0 | 1)*
11011100101
0000
11111011110011111
20

Regular Expressions
Exercise 2
■ A regular expression for strings of length exactly four:
(0|1)(0|1)(0|1)(0|1)
(0|1){4}
0000
1010
1111
1000
21

Regular Expressions
Exercise 3
■ A regular expression for strings that contain at most one zero:
1*(0 | ε)1*
1*0?1*
11110111
111111
0111
0
22

Regular Expressions
Exercise 4
■ Suppose that our alphabet is all ASCII characters.
■ A regular expression for even numbers:
(+|-)?(0|1|2|3|4|5|6|7|8|9)*(0|2|4|6|8)
(+|-)?[0123456789]*[02468]
(+|-)?[0-9]*[02468]
42
+1370
-3248
-9999912
23

Regular Language & Automata
■‫التعبير‬(ab)‫مقابلته‬ ‫يمكن‬‫باالوتومات‬:
■‫التعبير‬(a + b)‫مقابلته‬ ‫يمكن‬‫باالوتومات‬:
24

■‫التعبير‬(a*)‫مقابلته‬ ‫يمكن‬‫باالوتومات‬:
■‫التعبير‬(a+)‫مقابلته‬ ‫يمكن‬‫باالوتومات‬:
25

■‫التعبير‬(θ)‫طريق‬ ‫وجود‬ ‫عدم‬ ‫عن‬ ‫تعبر‬(‫فارغة‬ ‫مجموعة‬ ‫هي‬ ‫الحلول‬ ‫مجموعة‬ ‫أي‬):
■‫التعبير‬(ε)‫رموز‬ ‫من‬ ‫رمز‬ ‫أي‬ ‫لوجود‬ ‫الحاجة‬ ‫دون‬ ‫عبره‬ ‫ننتقل‬ ‫مفتوح‬ ‫طريق‬ ‫وجود‬ ‫عن‬ ‫تعبر‬
‫االبجدية‬:
26

Example numbers
■ Draw a DFA equivalent to the following regular expression:
1) digit = [0-9]
2) nat = digit+
3) signedNat = (+|-)? nat
4) number = signedNat("." nat)? (E signedNat)?
27

nat = digit+
Example numbers
28

signedNat = (+|-)? nat
Example numbers
29

signedNat ("." nat)?
Example numbers
30

number = signedNat ("." nat)? (E signedNat)?
Example numbers
31

Question 1
■‫التي‬ ‫اللغات‬ ‫هي‬ ‫ما‬‫توصفها‬‫األبجدية‬ ‫على‬ ‫المعرفة‬ ‫التالية‬ ‫المنتظمة‬ ‫التعابير‬{a,b}:
–a (a + b)* b
–aab (aa|bb)*
–(aa)* a
32

Question 1
■‫التي‬ ‫اللغات‬ ‫هي‬ ‫ما‬‫توصفها‬‫األبجدية‬ ‫على‬ ‫المعرفة‬ ‫التالية‬ ‫المنتظمة‬ ‫التعابير‬{a,b}:
–a (a + b)* b
–aab (aa|bb)*
–(aa)* a
–‫بالحرف‬ ‫كلماتها‬ ‫جميع‬ ‫تبدأ‬ ‫التي‬ ‫اللغة‬a‫بالحرف‬ ‫وتنتهي‬b
–‫بالسلسلة‬ ‫كلماتها‬ ‫جميع‬ ‫تبدأ‬ ‫التي‬ ‫اللغة‬aab‫األقل‬ ‫على‬ ‫واحد‬ ‫تكرار‬ ‫يليها‬ ‫ثم‬ ‫ومن‬
‫لثنائية‬aa‫من‬ ‫أو‬bb
–‫حرف‬ ‫على‬ ‫إال‬ ‫كلماتها‬ ‫تحتوي‬ ‫ال‬ ‫التي‬ ‫اللغة‬a‫مفردا‬ ‫كلماتها‬ ‫طول‬ ‫ويكون‬
33

Question 2
■‫التالية‬ ‫اللغات‬ ‫تعرف‬ ‫أن‬ ‫يمكن‬ ‫التي‬ ‫المنتظمة‬ ‫التعابير‬ ‫هي‬ ‫ما‬:
–‫األبجدية‬ ‫على‬ ‫اللغة‬{a,b,c}‫بالحرف‬ ‫كلماتها‬ ‫جميع‬ ‫تبدأ‬ ‫والتي‬a
–‫مضاعفات‬ ‫من‬ ‫الصحيحة‬ ‫األعداد‬5
34

Question 2
■‫التالية‬ ‫اللغات‬ ‫تعرف‬ ‫أن‬ ‫يمكن‬ ‫التي‬ ‫المنتظمة‬ ‫التعابير‬ ‫هي‬ ‫ما‬:
–‫األبجدية‬ ‫على‬ ‫اللغة‬{a,b,c}‫بالحرف‬ ‫كلماتها‬ ‫جميع‬ ‫تبدأ‬ ‫والتي‬a
–‫مضاعفات‬ ‫من‬ ‫الصحيحة‬ ‫األعداد‬5
–a (a + b + c)*
–(0 + 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9)* 5
35

CONTEXT FREE
GRAMMARS
‫السياق‬ ‫عديمة‬ ‫اللغات‬(‫السياق‬ ‫خارج‬)
36

Context Free Grammars
(‫السياق‬ ‫عديمة‬ ‫)اللغات‬
■‫القواعدي‬ ‫النموذج‬ ‫مفهوم‬:
–‫ال‬ ‫مفهوم‬ ‫من‬ ‫تطورا‬ ‫أكثر‬ ‫مفهوم‬ ‫هو‬DFA‫هو‬ ‫اللغات‬ ‫من‬ ‫بسيط‬ ‫نمط‬ ‫عن‬ ‫يعبر‬ ‫الذي‬
‫النمط‬ ‫هذا‬ ‫تعدي‬ ‫يستطيع‬ ‫وال‬ ‫المنتظمة‬ ‫اللغات‬.
–‫ال‬ ‫يعد‬ ‫وبالتالي‬DFA‫قاصرا‬‫تحمل‬ ‫التي‬ ‫اللغات‬ ‫تمثيل‬ ‫عن‬‫ذاكرة‬‫وبالتالي‬‫نلجا‬‫الى‬
‫اللغات‬ ‫من‬ ‫النوع‬ ‫هذا‬ ‫لتمثيل‬ ‫القواعدي‬ ‫النموذج‬.
■‫من‬ ‫جديد‬ ‫نوع‬ ‫هو‬ ‫المنتظمة‬ ‫اللغات‬ ‫اذا‬‫االوتومات‬‫لغ‬ ‫تمثيل‬ ‫يستطيع‬ ‫بذاكرة‬ ‫مزود‬ ‫وهو‬ ،‫ات‬
‫النمط‬ ‫من‬ ‫السالسل‬ ‫مثل‬ ‫ذاكرة‬ ‫الى‬ ‫تحتاج‬(anbn)‫هذا‬ ‫ان‬ ‫حيث‬‫االوتومات‬‫اعداد‬ ‫يتذكر‬
‫الرموز‬(a,b)‫عليه‬ ‫مرت‬ ‫التي‬.
37

(‫السياق‬ ‫عديمة‬ ‫)اللغات‬
■ Non Terminal Symbols (V):
–‫السالسل‬ ‫توليد‬ ‫عملية‬ ‫على‬ ‫تساعد‬ ‫التي‬ ‫البسيطة‬ ‫الحروف‬ ‫من‬ ‫مجموعة‬ ‫تمثل‬(‫أي‬
‫المساعدة‬ ‫التوابع‬ ‫من‬ ‫مجموعة‬.)
■ Terminal Symbols (T):
–‫اللغة‬ ‫سالسل‬ ‫منها‬ ‫تتألف‬ ‫التي‬ ‫الحروف‬ ‫من‬ ‫تتكون‬ ‫التي‬ ‫االبجدية‬ ‫تؤلف‬.
■ Production (P):
–‫اللغة‬ ‫توليد‬ ‫قواعد‬ ‫هو‬.
■ Starting Symbol (S):
–‫اللغة‬ ‫توليد‬ ‫عملية‬ ‫في‬ ‫منه‬ ‫تبدأ‬ ‫الذي‬ ‫البدائي‬ ‫الرمز‬.
38

Example 1
■‫للغة‬ ‫القواعدي‬ ‫النموذج‬ ‫اوجد‬:
– L = { anbn : a,b ∈ σ , n>=0}
■‫الحل‬:
– L = {V , T , S , P} where
■ S → a S b (1)
■ S → a b (2)
– V = {S}
– S = {S}
– T = {a,b}
39

Example 2
■‫اللغة‬ ‫لدينا‬ ‫ليكن‬L‫بالشكل‬ ‫اللغة‬ ‫هذه‬ ‫تعريف‬ ‫نستطيع‬ ،‫الحسابية‬ ‫للتعابير‬ ‫الممثلة‬
‫التالي‬ ‫القواعدي‬:
– Exp → Exp Op Exp | - ( Exp ) | id
– Op → + | - | * | /
■‫الحل‬:
– V = {Exp, Op}
– T = { + , - , / , id , ( , ) }
– S = {Exp}
40

Left Most Derivation
■ Exp → Exp Op Exp | - ( Exp ) | id
■ Op → + | - | * | /
■‫التالية‬ ‫السلسلة‬ ‫نشتق‬ ‫كيف‬:id + id * id
–‫ال‬ ‫نعوض‬(None Terminal Symbol)‫وهكذا‬ ‫أوال‬ ‫اليسار‬ ‫اقصى‬ ‫في‬ ‫الموجود‬..
–‫التالية‬ ‫المراحل‬ ‫عبر‬ ‫ذلك‬ ‫يتم‬:
■ Exp → Exp Op Exp
→ id Op Exp
→ id + Exp
→ id + Exp Op Exp
→ id + id Op Exp
→ id + id * Exp
→ id + id * id
41

Right Most Derivation
■ Exp → Exp Op Exp | - ( Exp ) | id
■ Op → + | - | * | /
■‫ال‬ ‫تعويض‬ ‫على‬ ‫مبدؤها‬ ‫ينطوي‬ ‫االشتقاق‬ ‫في‬ ‫أخرى‬ ‫خوارزمية‬ ‫هنالك‬(None Terminal
Symbol)‫وهكذا‬ ‫أوال‬ ‫اليمين‬ ‫اقصى‬ ‫في‬ ‫الموجود‬...
■ Exp → Exp Op Exp
→ Exp Op id
→ Exp * id
→ Exp Op Exp * id
→ Exp Op id * id
→ Exp + id * id
→ id + id * id
42

Ambiguity
■‫غامضة‬ ‫لغة‬ ‫هي‬ ‫السابق‬ ‫المثال‬ ‫في‬ ‫اللغة‬ ‫ان‬ ‫على‬ ‫نالحظ‬
–‫نفس‬ ‫الشتقاق‬ ‫طريقتين‬ ‫هنالك‬ ‫االشتقاق‬ ‫خوارزمية‬ ‫نفس‬ ‫أجل‬ ‫من‬ ‫ألنه‬ ‫وذلك‬
‫قابلية‬ ‫مع‬ ‫يتناسب‬ ‫ال‬ ‫الغموض‬ ‫وهذا‬ ‫السلسلة‬‫االوتومات‬‫البرمجي‬ ‫لإلسقاط‬.
43

COMPILER
‫المترجم‬
44

Compiler Definition
■‫المترجم‬ ‫تعريف‬:
–‫المترجم‬ ‫ندعوها‬ ،‫البرمجة‬ ‫عملية‬ ‫في‬ ‫جدا‬ ‫ضرورية‬ ‫أداة‬ ‫مبرمج‬ ‫أي‬ ‫يستخدم‬.
–‫المس‬ ‫عالية‬ ‫برمجية‬ ‫بلغة‬ ‫نكتبه‬ ‫الذي‬ ‫البرمجي‬ ‫النص‬ ‫يترجم‬ ‫حاسوبي‬ ‫برنامج‬‫توى‬
(C, Pascal, C++, C#, Java, …)‫قبل‬ ‫من‬ ‫للتنفيذ‬ ‫قابلة‬ ‫تعليمات‬ ‫مجموعة‬ ‫الى‬
‫الحاسوب‬.
–‫كانت‬ ‫سواء‬ ‫المستوى‬ ‫منخفضة‬ ‫بلغة‬ ‫مكتوبة‬ ‫التنفيذية‬ ‫التعليمات‬ ‫هذه‬ ‫تكون‬‫ثنائية‬ ‫لغة‬
‫و‬ ‫اصفار‬ ‫من‬ ‫مؤلفة‬‫واحدات‬‫تجميع‬ ‫لغة‬ ‫او‬.
–‫المستو‬ ‫عالية‬ ‫أخرى‬ ‫لغة‬ ‫الى‬ ‫المستوى‬ ‫عالية‬ ‫لغة‬ ‫من‬ ‫مترجمات‬ ‫بناء‬ ‫أيضا‬ ‫يمكن‬‫ى‬.
(‫البرمجية‬ ‫البيئة‬ ‫تغيير‬)
■‫المصدري‬ ‫البرنامج‬ ‫تعريف‬(Source Program:)
–‫حاسوبي‬ ‫برنامج‬ ‫تؤلف‬ ‫التي‬ ‫البرمجية‬ ‫النصوص‬ ‫مجموعة‬.
45

Compiler Definition
■‫واحد‬ ‫بأن‬ ‫اثنين‬ ‫بعنصرين‬ ‫تتعلق‬ ‫المترجم‬ ‫بناء‬ ‫عملية‬ ‫إن‬:
–‫المبرمج‬ ‫يستخدمها‬ ‫الذي‬ ‫المستوى‬ ‫عالية‬ ‫المصدرية‬ ‫البرمجة‬ ‫لغة‬.
–‫عليه‬ ‫البرنامج‬ ‫تشغيل‬ ‫سيجري‬ ‫الذي‬ ‫التشغيل‬ ‫نظام‬.
■‫مثال‬:
–‫لغة‬ ‫مترجم‬ ‫يختلف‬C++‫نظام‬ ‫على‬ ‫يعمل‬ ‫الذي‬windows‫لغة‬ ‫مترجم‬ ‫عن‬C++‫الذي‬
‫نظام‬ ‫على‬ ‫يعمل‬Linux‫ف‬ ‫مختلفة‬ ‫تنفيذية‬ ‫تشغيل‬ ‫تعليمات‬ ‫توليد‬ ‫لضرورة‬ ‫نظرا‬ ،‫ي‬
‫اللغة‬ ‫نفس‬ ‫عن‬ ‫نتكلم‬ ‫اننا‬ ‫من‬ ‫بالرغم‬ ،‫الحالتين‬ ‫هاتين‬.
–‫لغة‬ ‫مترجم‬ ‫يختلف‬C++‫لغة‬ ‫مترجم‬ ‫عن‬Pascal‫يعمالن‬ ‫المترجمان‬ ‫كان‬ ‫ولو‬ ‫حتى‬
‫نظام‬ ‫على‬Windows‫مختلفتين‬ ‫برمجيتين‬ ‫لغتين‬ ‫نترجم‬ ‫اننا‬ ‫نظرا‬ ،.
46

Compiler Structure
■‫أساسيتين‬ ‫مرحلتين‬ ‫من‬ ‫الترجمة‬ ‫عملية‬ ‫تتألف‬:
.1‫التحليل‬ ‫مرحلة‬(Analysis Phase:)
■‫ودالال‬ ‫صحتها‬ ‫من‬ ‫والتأكد‬ ‫وجمل‬ ‫كلمات‬ ‫الى‬ ‫البرمجي‬ ‫النص‬ ‫تقسيم‬ ‫فيها‬ ‫يجري‬ ‫التي‬‫تها‬.
.2‫التركيب‬ ‫مرحلة‬(Synthesis Phase:)
■‫بلغة‬ ‫ولكن‬ ‫المصدري‬ ‫النص‬ ‫داللة‬ ‫بنفس‬ ‫جديد‬ ‫برمجي‬ ‫نص‬ ‫تركيب‬ ‫فيها‬ ‫يجري‬ ‫التي‬‫أخرى‬
‫التشغيل‬ ‫نظام‬ ‫يفهمها‬.
48

Compiler Structure
Analysis Phase (‫التحليل‬ ‫)مرحلة‬
49

Compiler Structure
■‫خطوات‬ ‫ثالث‬ ‫تحوي‬ ‫التحليل‬ ‫مرحلة‬:
.1‫المعجمي‬ ‫التحليل‬ ‫مرحلة‬(Lexical Analysis - Scanner:)
■‫الدخل‬ ‫يقرأ‬ ‫أن‬ ‫مهمته‬input‫الى‬ ‫ويحللها‬tokens‫من‬ ‫محدد‬ ‫جزء‬ ‫تمثل‬ ‫الكلمات‬ ‫هذه‬ ‫من‬ ‫وكل‬
‫اللغة‬ ‫في‬ ‫الثابتة‬ ‫الكلمات‬ ‫من‬ ‫ام‬ ‫متغير‬ ‫أكان‬ ‫سواء‬ ‫اللغة‬(reserved word)‫بمسح‬ ً‫ايضا‬ ‫ويقوم‬
‫الـ‬ ‫وحفظ‬ ‫المسافات‬tokens‫الرموز‬ ‫جدول‬ ‫في‬(symboltable.)
.2‫الجملة‬ ‫بناء‬ ‫مرحلة‬(Syntax Analysis - Parser:)
■‫الـ‬ ‫يأخذ‬ ‫ان‬ ‫مهمته‬tokens‫مرحلة‬ ‫عن‬ ‫الناتجة‬(Lexical Analysis)‫برمجية‬ ‫جمل‬ ‫في‬ ‫ويكونها‬
‫اللغة‬ ‫قواعد‬ ‫أساس‬ ‫على‬ ‫صحتها‬ ‫ويختبر‬.
■‫يدعى‬ ‫داللي‬ ‫هيكل‬ ‫عنها‬ ‫ينتج‬ ‫المرحلة‬ ‫هذه‬(semantic structure)‫البرمجية‬ ‫الجمل‬ ‫وتكون‬
‫ب‬ ‫يسمى‬ ‫شجري‬ ‫شكل‬ ‫على‬(parser tree.)
.3‫الداللي‬ ‫التحليل‬ ‫مرحلة‬(Semantic Analysis – Intermediate Code Generator:)
■‫لن‬ ‫القيمة‬ ‫اسناد‬ ‫صحة‬ ‫مثل‬ ،‫بالمنطق‬ ‫المتعلقة‬ ‫األخطاء‬ ‫من‬ ‫التحقق‬ ‫يتم‬ ‫المرحلة‬ ‫هذه‬ ‫في‬‫وع‬
‫وغيرها‬ ‫المتغير‬.
50

Compiler Structure
■‫ال‬ ‫عمل‬ ‫مراحل‬compiler:
–‫اللفظي‬ ‫التحليل‬:
■‫ال‬ ‫ام‬ ‫البرمجة‬ ‫لغة‬ ‫في‬ ‫موجودة‬ ‫الكلمة‬ ‫كانت‬ ‫ما‬ ‫اذا‬ ‫معرفة‬ ‫أي‬.
–‫القواعدي‬ ‫التحليل‬:
■‫ال‬ ‫على‬ ‫التعرف‬ ‫أي‬syntax‫المحكية‬ ‫اللغات‬ ‫في‬ ‫كما‬ ‫اللغة‬ ‫كتابة‬ ‫قواعد‬ ‫أي‬ ،.
■‫مثال‬:
–‫يأتي‬ ‫ان‬ ‫يجب‬ ‫العربية‬ ‫اللغة‬ ‫في‬(‫فعل‬–‫فاعل‬–‫به‬ ‫مفعول‬.)
–‫البرمجة‬ ‫لغات‬ ‫في‬:if ( statement )
–‫الداللي‬ ‫التحليل‬:
■‫دالليا‬ ‫ليس‬ ‫لكن‬ ‫و‬ ‫قواعديا‬ ‫صحيحة‬ ‫تكون‬ ‫ان‬ ‫الممكن‬ ‫من‬ ‫الجملة‬ ‫ان‬ ‫اي‬.
■‫مثال‬:
–‫التفاحة‬ ‫الولد‬ ‫اكل‬.
–‫المقعد‬ ‫الولد‬ ‫اكل‬.
51

Natural Language Translation
52

Compiler Structure
Synthesis Phase (‫التركيب‬ ‫)مرحلة‬
■‫المتوسطة‬ ‫اللغة‬ ‫تحويل‬ ‫يتم‬ ‫المرحلة‬ ‫هذه‬ ‫في‬(IntermediateLanguage)‫تفهمها‬ ‫لغة‬ ‫الى‬
‫اآللة‬(Machine Language)‫التالي‬ ‫النحو‬ ‫على‬ ‫ذلك‬ ‫ويتم‬:
.1‫األكواد‬ ‫تحسين‬ ‫مرحلة‬(Code Optimization:)
■‫بأن‬ ‫والتأكد‬ ‫البرنامج‬ ‫وتطوير‬ ‫التكرار‬ ‫وابعاد‬ ‫الكود‬ ‫تحسين‬ ‫مسألة‬ ‫تتولى‬ ‫الخطوة‬ ‫هذه‬‫يكون‬
‫آخر‬ ‫مترجم‬ ‫عن‬ ‫مترجم‬ ‫تميز‬ ‫التي‬ ‫هي‬ ‫الخطوة‬ ‫هذه‬ ‫و‬ ‫حاالته‬ ‫أحسن‬ ‫في‬ ‫البرنامج‬.
.2‫األكواد‬ ‫د‬ّ‫مول‬ ‫مرحلة‬(Code Generation:)
■‫اآللة‬ ‫تفهمه‬ ‫شكل‬ ‫الى‬ ‫نهائي‬ ‫بشكل‬ ‫الكود‬ ‫تحويل‬ ‫يتم‬ ‫هنا‬.
53

Interpreter
(‫)المفسر‬
■‫خطوة‬ ‫خطوة‬ ‫ينفذه‬ ‫ولكن‬ ‫البرنامج‬ ‫يحول‬ ‫ال‬.
55

Compiler Kinds
■‫معنى‬ ‫ما‬multi-pass compiler‫و‬one pass compiler‫؟‬
–One pass compiler:
■‫التحليل‬ ‫عمل‬ ‫يتم‬‫المفرداتي‬‫والتحلي‬ ‫التجميع‬ ‫فيها‬ ‫يتم‬ ‫التي‬ ‫اللحظة‬ ‫نفس‬ ‫في‬‫ل‬
‫األعل‬ ‫من‬ ‫هذه‬ ‫المسح‬ ‫عملية‬ ‫ثم‬ ‫الداللي‬ ‫التحليل‬ ‫الى‬ ‫مباشرة‬ ‫االنتقال‬ ‫ثم‬ ‫القواعدي‬‫ى‬
‫لالسفل‬.
■‫و‬ ‫بقراءة‬ ‫يعني‬ ‫والداللي‬ ‫والقواعدي‬ ‫اللفظي‬ ‫التحليل‬ ‫على‬ ‫المرور‬ ‫يعني‬ ‫الوحيد‬ ‫المرور‬‫حدة‬.
–Multi pass compiler:
■‫اكتر‬ ‫وقت‬ ‫وتتطلب‬ ‫مرة‬ ‫من‬ ‫اكتر‬ ‫البرنامج‬ ‫مسح‬ ‫يتم‬.
56

Parse Tree Example
(number – number ) * number
exp  exp op exp
 exp op number
 exp * number
( exp ) * number
 ( exp op exp ) * number
 ( exp op number) * number
 ( exp – number ) * number
 (number– number ) * number
57

Abstract Syntax Trees
■ A parse tree contains much more information than is necessaryfor a compiler to
produceexecutable code.
■ Syntax trees contain just the information needed for translation.
58

Abstract Syntax Trees
Example
■ Show the Parse and Syntax Trees of the derivation of the string 3 + 4 using the
grammar.
exp → exp op exp | ( exp ) | number
op → + | - | *
Parse Tree Syntax Tree 59

Left-Recursion Removal
A → A α | β β does not begin with A
A → β is the base case
A → A α is the recursive case
A → β A'
A' → α A' | ε
exp → term exp'
exp' → addop term exp' | ε
To remove the recursion we re-write the rule :
Example
exp → exp addop term | term
60

First Sets
(‫األولى‬ ‫الرموز‬ ‫)مجموعة‬
■ The First Set of a nonterminalA is the set of terminals that may appear as the first
symbols in a string derived from A.
A → BCD
B → b | ε
C → cd | ε
D → e | ε
First (A) = { b , c , e , ε }
First (B) = { b, ε }
First (C) = { c , ε}
First (D) = { e , ε}
A  b
A  bcd
A  bcde
A  be
A  cd
A  cde
A  e
A  ε
61

First Sets
(‫األولى‬ ‫الرموز‬ ‫)مجموعة‬
■ The First Set of a nonterminalA is the set of terminals that may appear as the first
symbols in a string derived from A.
Let X be a grammar symbol (a terminal or nonterminal) or ε. Then the set First(X)
consisting of terminals, and possibly ε, is defined as follows:
1. If X is a terminal or ε, then First (X) = {X}
2. If X is a nonterminal, then
1. for each production choice X → X1 X2 … Xn , First (X) contains First (X1) – {ε}.
2. and if for some i < n, all the sets First (X1), …, First (Xi) contain ε, then First (X)
contains First (Xi+1) – {ε}.
3. and if all the sets First (X1), …, First (Xn) contain ε, then First (X) also contains ε.
62

First Sets
Example
Grammar Rule Pass 1 Pass 2 Pass 3
exp → exp addop term
exp → term First (exp) = { (
, number}
addop → + First (addop) = {+}
addop → - First (adop) = {+,-}
term → term mulop
factor
term → factor First (trem) = { ( ,
number}
mulop → * First (mulop) = {*}
factor→ ( exp ) First (factor) = { ( }
factor→ number First (factor) = { ( ,
number}
exp → exp addop term| term
addop → + | -
term → term mulop factor| factor
mulop → *
factor → ( exp ) | number
63

Follow Sets
(‫الالحقة‬ ‫الرموز‬ ‫)مجموعة‬
■ The Follow Set of a nonterminalA is the set of terminals that may appear after A in a
string derived from the start symbol.
A → BCD
B → b | ε
C → cd | ε
D → e | ε
Follow (A) = $
Follow (B) = First (CD) – {ε} + Follow (A) = {c, e, ε} – {ε} + {$} = {c, e, $}
Follow (C) = First (D) – {ε} + Follow (A) = {$, e}
Follow (D) = Follow (A) = {$}
64

Follow Sets
(‫الالحقة‬ ‫الرموز‬ ‫)مجموعة‬
■ The Follow Set of a nonterminalA is the set of terminals that may appear after A in a
string derived from the start symbol.
Given a nonterminal A, the set Follow(A), consisting of terminals, and possibly $, is
defined as follows:
1. If A is the start symbol, then $ is in Follow(A)
2. If there is a production B → α A γ, then First (γ) – {ε} is in Follow (A).
3. If there is a production B → α A γ such that ε is in First (γ), then Follow (A) contains
Follow (B).
65

Follow Sets
Example
Grammar Rule Pass 1 Pass 2
exp → exp addop term Follow (exp) = {$, + , -}
Follow (addop) = { ( , number}
Follow (term) = {$, + , -}
Follow (term) = { $, + , - , *, ) }
exp → term
term → term mulop factor Follow (term) = {$,+,-, *}
Follow (mulop) = { ( , number}
Follow (factor) = {$, +, -, *}
Follow (factor) = { $, + , - , *, ) }
term → factor
factor → ( exp ) Follow (exp) = { $, + , - , ) }
exp → exp addop term| term
addop → + | -
term → term mulop factor| factor
mulop → *
factor → ( exp ) | number
First (exp) = { ( , number}
First (term) = { ( , number}
First (factor) = { ( , number}
First (adop) = {+,-}
First (mulop) = {*}
66

Question 1
■‫الصحيحة‬ ‫العبارة‬ ‫حدد‬:
.A‫المفسر‬(interpreter)‫للمترجم‬ ‫اخر‬ ‫اسم‬ ‫هو‬(compiler)‫في‬ ‫فقط‬ ‫واالختالف‬
‫المستخدم‬ ‫المصطلح‬.
.B‫البرمج‬ ‫الكود‬ ‫من‬ ‫التحقق‬ ‫عملية‬ ‫فيها‬ ‫تتم‬ ‫التي‬ ‫المترجمات‬ ‫من‬ ‫نمط‬ ‫هو‬ ‫المفسر‬‫ي‬
‫سطرا‬ ‫للعمليات‬ ‫وتنفيذ‬‫سطرا‬.
.C‫األمثلة‬ ‫مرحلة‬ ‫بدون‬ ‫مترجم‬ ‫هو‬ ‫المفسر‬(Optimization Phase)‫البرمجي‬ ‫للكود‬.
.D‫نهائيا‬ ‫بالمترجمات‬ ‫للمفسرات‬ ‫عالقة‬ ‫ال‬.
68

Question 1
■‫الصحيحة‬ ‫العبارة‬ ‫حدد‬:
.A‫المفسر‬(interpreter)‫للمترجم‬ ‫اخر‬ ‫اسم‬ ‫هو‬(compiler)‫في‬ ‫فقط‬ ‫واالختالف‬
‫المستخدم‬ ‫المصطلح‬.
.B‫البرمج‬ ‫الكود‬ ‫من‬ ‫التحقق‬ ‫عملية‬ ‫فيها‬ ‫تتم‬ ‫التي‬ ‫المترجمات‬ ‫من‬ ‫نمط‬ ‫هو‬ ‫المفسر‬‫ي‬
‫سطرا‬ ‫للعمليات‬ ‫وتنفيذ‬‫سطرا‬.
.C‫األمثلة‬ ‫مرحلة‬ ‫بدون‬ ‫مترجم‬ ‫هو‬ ‫المفسر‬(Optimization Phase)‫البرمجي‬ ‫للكود‬.
.D‫نهائيا‬ ‫بالمترجمات‬ ‫للمفسرات‬ ‫عالقة‬ ‫ال‬.
69

Question 2
■‫ب‬ ‫يتعلق‬ ‫فيما‬ ‫الصحيح‬ ‫الخيار‬ ‫اختر‬top down parsing‫المترجم‬ ‫بناء‬ ‫عند‬:
.A‫حساب‬ ‫دائما‬ ‫الزم‬first‫حساب‬ ‫دون‬follow.
.B‫حساب‬ ‫الزم‬follow‫دون‬first.
.C‫حساب‬ ‫الزم‬follow‫واحيانا‬first.
.D‫خطأ‬ ‫سبق‬ ‫ما‬ ‫كل‬.
70

Question 2
■‫ب‬ ‫يتعلق‬ ‫فيما‬ ‫الصحيح‬ ‫الخيار‬ ‫اختر‬top down parsing‫المترجم‬ ‫بناء‬ ‫عند‬:
.A‫حساب‬ ‫دائما‬ ‫الزم‬first‫حساب‬ ‫دون‬follow.
.B‫حساب‬ ‫الزم‬follow‫دون‬first.
.C‫حساب‬ ‫الزم‬follow‫واحيانا‬first.
.D‫خطأ‬ ‫سبق‬ ‫ما‬ ‫كل‬.
71

Question 3
■‫الصرفية‬ ‫القواعد‬ ‫استخدمنا‬ ‫حال‬ ‫في‬(grammer)‫صحيح‬ ‫عدد‬ ‫أي‬ ‫بنية‬ ‫توصف‬ ‫التي‬ ‫التالية‬
‫حقيقي‬ ‫او‬R‫برمجة‬ ‫لغة‬ ‫ضمن‬:
■‫القوا‬ ‫وفق‬ ‫ما‬ ‫عدد‬ ‫عن‬ ‫للتعبير‬ ‫مقبولة‬ ‫صيغة‬ ‫تعتبر‬ ‫التالية‬ ‫الصيغ‬ ‫من‬ ‫صيغة‬ ‫اي‬‫السابقة‬ ‫عد‬.
.A2.45E02
.BE1-1.1-
.C1.1.1
.DE02+1
72

Question 3
■‫الصرفية‬ ‫القواعد‬ ‫استخدمنا‬ ‫حال‬ ‫في‬(grammer)‫صحيح‬ ‫عدد‬ ‫أي‬ ‫بنية‬ ‫توصف‬ ‫التي‬ ‫التالية‬
‫حقيقي‬ ‫او‬R‫برمجة‬ ‫لغة‬ ‫ضمن‬:
■‫القوا‬ ‫وفق‬ ‫ما‬ ‫عدد‬ ‫عن‬ ‫للتعبير‬ ‫مقبولة‬ ‫صيغة‬ ‫تعتبر‬ ‫التالية‬ ‫الصيغ‬ ‫من‬ ‫صيغة‬ ‫اي‬‫السابقة‬ ‫عد‬.
.A2.45E02
.BE1-1.1-
.C1.1.1
.DE02+1
73

Question 4
■ A grammar that produces more than one parse tree for some sentenceis called:
A. Ambiguous.
B. Unambiguous.
C. Regular.
D. None of the mentioned.
74

Question 4
■ A grammar that produces more than one parse tree for some sentenceis called:
A. Ambiguous.
B. Unambiguous.
C. Regular.
D. None of the mentioned.
75

Question 5
■ An intermediate code form is:
A. Postfix notation.
B. Syntax trees.
C. Three address codes.
D. All of these.
76

Question 5
■ An intermediate code form is:
A. Postfix notation.
B. Syntax trees.
C. Three address codes.
D. All of these.
77

Question 6
■ Compiler translates the source code to:
A. Executable code.
B. Machine code.
C. Binary code.
D. Both B and C.
78

Question 6
■ Compiler translates the source code to:
A. Executable code.
B. Machine code.
C. Binary code.
D. Both B and C.
79

Question 7
■ Which of the following groups is/are token together into semantic structures?
A. Syntax analyzer.
B. Intermediatecode generation.
C. Lexical analyzer.
D. Semantic analyzer.
80

Question 7
■ Which of the following groups is/are token together into semantic structures?
A. Syntax analyzer.
B. Intermediatecode generation.
C. Lexical analyzer.
D. Semantic analyzer.
81

Question 8
■ _________is a process of finding a parse tree for a string of tokens:
A. Parsing.
B. Analyzing.
C. Recognizing.
D. Tokenizing.
82

Question 8
■ _________is a process of finding a parse tree for a string of tokens:
A. Parsing.
B. Analyzing.
C. Recognizing.
D. Tokenizing.
83

Question 9
■ What is the action of parsing the sourceprogram into proper syntactic classes?
A. Lexical analysis.
B. Syntax analysis.
C. General syntax analysis.
D. Interpretation analysis.
84

Question 9
■ What is the action of parsing the sourceprogram into proper syntactic classes?
A. Lexical analysis.
B. Syntax analysis.
C. General syntax analysis.
D. Interpretation analysis.
85

Question 10
■ Which of the following languages is generated by the given grammar?
■ S → a S | b S | ε
A. anbm
B. {a,b}*
C. {a,b}n
D. Other.
86

Question 10
■ Which of the following languages is generated by the given grammar?
■ S → a S | b S | ε
A. anbm
B. {a,b}*
C. {a,b}n
D. Other.
87

Question 11
■ Which of the following strings is not generated by the following grammar?
■ S → SaSbS|ε
A. aabb
B. abab
C. aababb
D. aabbb
88

Question 11
■ Which of the following strings is not generated by the following grammar?
■ S → SaSbS|ε
A. aabb
B. abab
C. aababb
D. aabbb
89

Question 12
■ Which of the following is NOT the set of regular expression R = (ab + abb)* bbab
A. ababbbbab
B. abbbab
C. ababbabbbab
D. abababab
90

Question 12
■ Which of the following is NOT the set of regular expression R = (ab + abb)* bbab
A. ababbbbab
B. abbbab
C. ababbabbbab
D. abababab
91

Question 13
■ In a one pass compiler, the syntax analysis is performed:
A. After the lexical analysis.
B. After the semantic analysis.
C. With the lexical analysis.
92

Question 13
■ In a one pass compiler, the syntax analysis is performed:
A. After the lexical analysis.
B. After the semantic analysis.
C. With the lexical analysis.
93

Question 14
■ When a syntax error appears, the compiler:
A. Stops Immediately.
B. Stops after collecting few Errors.
C. Depends on the organization of the syntax rules.
94

Question 14
■ When a syntax error appears, the compiler:
A. Stops Immediately.
B. Stops after collecting few Errors.
C. Depends on the organization of the syntax rules.
95

Question 15
■ Each deterministic finite automata (DFA) has an equivalent regular expression
A. True.
B. False.
96

Question 15
■ Each deterministic finite automata (DFA) has an equivalent regular expression
A. True.
B. False.
97

Question 16
■ Each Non deterministic finite automata (NFA) has an equivalent regular expression
A. True.
B. False.
98

Question 16
■ Each Non deterministic finite automata (NFA) has an equivalent regular expression
A. True.
B. False.
99

Automate and Compiler 2018

More Related Content

What's hot (6)

Similar to Automate and Compiler 2018 (15)

More from Joud Khattab (20)

Automate and Compiler 2018