Vorkurs Informatik

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Formale Sprachen und Compiler
Rechner werden heutzutage meist in einer höheren Programmiersprache, wie zum Beispiel Java,
programmiert. Auf der anderen Seite haben Prozessoren nach wie vor eine erheblich einfacher
strukturierte Maschinensprache. Damit ein Programm, das in einer höheren Programmiersprache
geschrieben ist, auf einem Rechner ausführbar wird, muss es in Maschinenbefehle überführt
werden. Diese Überführung wird in der Regel von Compilern geleistet. Ein Beispiel ist der Java-
Compiler, in dessen Verwendung im Teil 1.2 „Programmierung“ eingeführt wurde. In diesem
Kapitel soll ein erster Eindruck von der inneren Arbeitsweise von Compilern gegeben werden.
Abschnitt 18.1 führt in die Gegebenheiten der Überführung von Programmen höherer Programmiersprachen
in Maschinensprache ein. Ein wesentliches Hilfsmittel bei der Entwicklung von
Compilern ist die Theorie der formalen Sprachen. Wie bei natürlichen Sprachen wird die Struktur
der Sprache, die üblicherweise als Syntax bezeichnet wird, durch eine Grammatik beschrieben.
Abschnitt 18.2 stellt die in der Informatik häufig benutzten Grammatiken nach Chomsky vor,
die, wie in Abschnitt 18.3 dargelegt wird, zu Klassen formaler Sprachen nach Chomsky führen.
Compiler führen in der Regel eine Analyse der Syntax eines Programms aus, deren Ergebnis
darstellt, welche Regeln der Grammatik der zugrundeliegenden Programmiersprache angewendet
werden müssen, um das gegebene Programm zu erhalten. Aufbauend darauf setzt der Compiler
das Zielsprachenprogramm zusammen. Wir illustrieren dies in Abschnitt 18.4 anhand eines
Beispiels in vereinfachender Weise.
Eine Möglichkeit, die Syntaxanalyse durchzuführen, bietet das Konzept der Automaten. Automaten
sind im Prinzip Gegenstücke der Grammatiken. Abschnitt 18.5 gibt eine Übersicht zum
Konzept der Automaten. In Abschnitt 18.6 gehen wir etwas genauer auf einen Automatentypen,
die endlichen Automaten, ein.
Neben der Syntax gibt es die Semantik, die Aussagen in einer Sprache zugeordnet und sich mit
der inhaltlichen Bedeutung von Aussagen in einer Sprache befasst. Der Abschnitt 18.7 gibt eine
kurze Einführung in dieses Konzept.
18.1 Compiler
Ein Compiler übersetzt ein gegebenes Programm, das üblicherweise in einer höheren Programmiersprache
geschrieben ist, in ein Programm in einer anderen, normalerweise einfacher strukturierten
Sprache, z.B. Assembler oder Maschinensprache. Ein Compiler ist selbst wiederum ein
H. Müller, F. Weichert, Vorkurs Informatik,
DOI 10.1007/978-3-8348-2629-9_18, © Springer Fachmedien Wiesbaden 2013