快捷導(dǎo)航

rust 中的 EBNF簡介舉例

更新時間：2025年05月12日 14:33:11 作者：Uncomfortableskiy

這篇文章主要介紹了rust 中的 EBNF簡介舉例,本文給大家介紹的非常詳細(xì),對大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值,需要的朋友參考下吧

句法
MacroInvocation :
	SimplePath ! DelimTokenTree
DelimTokenTree :
	  ( TokenTree* )
	| [ TokenTree* ]
	| { TokenTree* }
TokenTree :
	   Token排除 定界符(delimiters) | DelimTokenTree
MacroInvocationSemi :
	  SimplePath ! ( TokenTree* ) ;
	| SimplePath ! [ TokenTree* ] ;
	| SimplePath ! { TokenTree* }

這樣抽象的玩意兒（宏 - Rust 參考手冊）。這種閱讀體驗(yàn)差的要死的東西，一看就是學(xué)術(shù)界搞出來的東西，這篇文章就是講這種東西應(yīng)該怎么讀。

1. 什么是 EBNF？

在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，當(dāng)我們描述一種語言（比如編程語言、數(shù)據(jù)格式或配置文件）的結(jié)構(gòu)時，需要一種精確、無歧義的方式。擴(kuò)展巴科斯范式 (Extended Backus-Naur Form, EBNF) 就是這樣一種元語言（描述其他語言的語言）標(biāo)記法。它通過一系列嚴(yán)格定義的規(guī)則，清晰地表達(dá)一種語言的語法。

EBNF 源自并擴(kuò)展了巴科斯范式 (Backus-Naur Form, BNF)。BNF 最初由約翰·巴科斯 (John Backus) 和彼得·諾爾 (Peter Naur) 為描述 ALGOL 60 編程語言的語法而設(shè)計(jì)。EBNF 在 BNF 的基礎(chǔ)上增加了一些方便的符號，使得語法描述更為簡潔和易讀。

2. 核心概念

在學(xué)習(xí) EBNF 之前，我們需要了解幾個基本概念：

**規(guī)則 (Rule / Production)：**EBNF 的核心是規(guī)則。每條規(guī)則定義了一個特定的語法結(jié)構(gòu)是如何由更小的部分組成的。**非終結(jié)符 (Non-terminal Symbol)：**代表一個語法概念或一個可以被進(jìn)一步分解的結(jié)構(gòu)。它通常是其他規(guī)則的名稱，表示“這里可以放置一個符合某某規(guī)則定義的結(jié)構(gòu)”。
在 EBNF 中，非終結(jié)符通常用描述性的名稱表示，例如表達(dá)式, 語句, 數(shù)字。在一些傳統(tǒng) BNF 中，非終結(jié)符會被尖括號 < > 包圍，如 <expression>，但在現(xiàn)代 EBNF 中，直接使用名稱更為常見。
**終結(jié)符 (Terminal Symbol)：**代表語言中最小的、不可再分的詞法單元或字面值。它們是語法結(jié)構(gòu)最終落實(shí)到的具體字符或字符串。例如，編程語言中的關(guān)鍵字 (if, while)、操作符 (+, -, *, /)、數(shù)字字面量 (123, 3.14)、字符串字面量 ("hello") 等都是終結(jié)符。在 EBNF 中，終結(jié)符通常用引號 " 或 ' 包圍，或者直接寫出（如果不會引起歧義）。

3. EBNF 語法符號詳解

EBNF 通過一些特殊符號來組織規(guī)則、非終結(jié)符和終結(jié)符：

::= 或 =（定義為）：
- 這是規(guī)則定義的核心操作符，讀作“被定義為”或“由…組成”。它將左側(cè)的非終結(jié)符（要定義的結(jié)構(gòu)）與右側(cè)的該結(jié)構(gòu)的具體構(gòu)成聯(lián)系起來。
- 示例：數(shù)字 ::= "0" | "1" | "2" | "3" | "4" | "5" | "6" | "7" | "8" | "9"
- 這條規(guī)則定義了“數(shù)字”可以是什么。
|（或 / 選擇）：
- 豎線表示“或者”，用于在規(guī)則定義的右側(cè)提供多個可能的選擇。被 | 分隔的各項(xiàng)是互斥的選項(xiàng)。
- 示例：布爾值 ::= "true" | "false" “布爾值”可以是 “true” 或者 “false”。
并列（順序連接）：
- 當(dāng)規(guī)則定義的右側(cè)有多個符號（終結(jié)符或非終結(jié)符）依次排列時，它們表示這些部分必須按照給定的順序出現(xiàn)。
- 示例：賦值語句 ::= 標(biāo)識符 "=" 表達(dá)式 一條“賦值語句”由一個“標(biāo)識符”，后跟一個等號終結(jié)符，再后跟一個“表達(dá)式”組成。
()（分組）：

圓括號用于將一組符號括起來，形成一個邏輯單元。這使得可以將重復(fù)、可選等操作符應(yīng)用于整個組。

示例：函數(shù)調(diào)用 ::= 函數(shù)名 "(" (參數(shù)列表)? ")" 這里 (參數(shù)列表)? 被括號括起來，表示可選的參數(shù)列表部分。

?（可選 / 零次或一次）：
- 問號表示其緊鄰的前一個符號或分組是可選的，即可以出現(xiàn)零次或一次。
- 示例：整數(shù) ::= ("+" | "-")? 數(shù)字序列 一個“整數(shù)”可以有一個可選的正負(fù)號，后面跟著一個“數(shù)字序列”。
*（重復(fù)零次或多次）：
星號表示其緊鄰的前一個符號或分組可以出現(xiàn)零次、一次或多次。
示例：標(biāo)識符 ::= 字母 (字母 | 數(shù)字)* 一個“標(biāo)識符”由一個“字母”開頭，后面可以跟零個或多個“字母”或“數(shù)字”。
+（重復(fù)一次或多次）：
- 加號表示其緊鄰的前一個符號或分組必須至少出現(xiàn)一次，也可以出現(xiàn)多次。
- 示例：數(shù)字序列 ::= 數(shù)字+ 一個“數(shù)字序列”由至少一個“數(shù)字”組成。
[...]（可選分組 - 另一種常見表示）：
- 一些 EBNF 變體使用方括號 [] 來表示一個可選的部分，等同于 (...)?。
- 示例：參數(shù)列表 ::= "[" 參數(shù) ("," 參數(shù))* "]" (這里假設(shè) [ 和 ] 是可選參數(shù)列表的定界符) 或者：整數(shù) ::= ["+" | "-"] 數(shù)字序列 (等同于上面的 ("+" | "-")?)
{...}（重復(fù)分組 - 另一種常見表示）：
- 一些 EBNF 變體使用花括號 {} 來表示一個可以重復(fù)零次或多次的部分，等同于 (...)*。
- 示例：注釋 ::= "/*" {任意字符} "*/" 一個“注釋”由 /* 開始，中間可以有零個或多個“任意字符”，并以 */ 結(jié)束。
終結(jié)符的表示:
- 如前所述，終結(jié)符通常用引號包圍，例如 "if", '+'。
- 如果終結(jié)符本身就是一個不會引起歧義的字符序列（例如不包含 EBNF 特殊符號），有時也可以直接寫出。
注釋:
- 不同的 EBNF 工具或規(guī)范可能有不同的注釋方式，常見的有 (* 這是一個注釋 *) 或類似 C 語言的 //。本教程主要關(guān)注語法規(guī)則本身。

4. 如何閱讀 EBNF 規(guī)則

找到規(guī)則定義: 每條規(guī)則通常以一個非終結(jié)符開始，后跟 ::= 或 =。
從左到右分析: 閱讀定義右側(cè)的符號序列。
理解選擇: 遇到 | 時，知道這代表多個選項(xiàng)中的一個。
注意順序: 并列的符號表示它們必須按順序出現(xiàn)。
識別重復(fù)和可選: 留意 *, +, ? (或 [], {}) 的含義。
處理分組: () (以及有時 [] 或 {}) 會將一部分符號視為一個整體。
遞歸: 規(guī)則的右側(cè)可以包含規(guī)則本身或其他非終結(jié)符，這種遞歸是定義復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如嵌套表達(dá)式）的關(guān)鍵。
區(qū)分終結(jié)符與非終結(jié)符: 終結(jié)符是語言的“原子”，非終結(jié)符是需要進(jìn)一步展開的“概念”。

5. 示例

讓我們看一些使用 EBNF 定義的例子：

示例 1：簡單的電子郵件地址

EBNF

郵箱地址 ::= 用戶名 "@" 域名
用戶名   ::= 字符+
域名     ::= (子域名 ".")*頂級域名
子域名   ::= 字符+
頂級域名 ::= 字符+
字符     ::= 字母 | 數(shù)字 | "_" | "-"
字母     ::= "a" | ... | "z" | "A" | ... | "Z" // 省略所有字母
數(shù)字     ::= "0" | ... | "9"             // 省略所有數(shù)字

這個例子定義了“郵箱地址”的結(jié)構(gòu)。
用戶名 和 字符 用了 + 表示至少一個。
域名 中的 (子域名 ".")* 表示可以有零個或多個由點(diǎn)分隔的子域名。

示例 2：算術(shù)表達(dá)式（簡化版）

EBNF

表達(dá)式 ::= 項(xiàng) (("+" | "-") 項(xiàng))*
項(xiàng)     ::= 因子 (("*" | "/") 因子)*
因子   ::= 數(shù)字 | "(" 表達(dá)式 ")"
數(shù)字   ::= ("0"|"1"|"2"|"3"|"4"|"5"|"6"|"7"|"8"|"9")+

這個例子展示了如何定義包含運(yùn)算符優(yōu)先級和括號的算術(shù)表達(dá)式。
表達(dá)式 和 項(xiàng) 的定義是遞歸的（因子中包含 表達(dá)式），這允許嵌套。
(("+" | "-") 項(xiàng))* 表示可以有零個或多個由加號或減號連接的“項(xiàng)”。

示例 3：一個簡單列表結(jié)構(gòu)

EBNF

列表 ::= "[" [元素 ("," 元素)*] "]"
元素 ::= 標(biāo)識符 | 數(shù)字
標(biāo)識符 ::= 字母 (字母 | 數(shù)字)*
// 字母和數(shù)字的定義同上

列表由方括號包圍。
[元素 ("," 元素)*] 表示方括號內(nèi)的內(nèi)容是可選的（因?yàn)檎麄€被 [] 包裹，這里 [] 是 EBNF 的可選符號，而非列表的定界符——為了清晰，我們也可以寫成 (元素 ("," 元素)*)?）。
如果列表非空，則至少有一個“元素”，后續(xù)可以有零個或多個由逗號分隔的“元素”。

6. 優(yōu)點(diǎn)與局限

優(yōu)點(diǎn)：
- 精確性： 能夠無歧義地描述復(fù)雜的語法結(jié)構(gòu)。
- 可讀性： 相較于其他形式化方法，EBNF 相對容易閱讀和理解（尤其是帶有擴(kuò)展符號時）。
- 標(biāo)準(zhǔn)化： 雖然存在一些變體，但核心概念是共通的。
- 工具支持： 有許多工具（如解析器生成器 ANTLR, YACC/Bison）可以直接使用 EBNF 或類似的語法定義來自動生成解析代碼。
局限：
- 上下文無關(guān)： EBNF 主要描述上下文無關(guān)文法。它通常不直接處理那些依賴于上下文的語義規(guī)則（例如，變量必須先聲明后使用，類型匹配等）。這些通常需要額外的語義分析來處理。
- 歧義性： 盡管目標(biāo)是無歧義，但仍可能寫出有歧義的 EBNF 規(guī)則（即一個輸入串可以有多種解析方式）。消除歧義有時需要重寫規(guī)則或依賴解析器的特定策略（如運(yùn)算符優(yōu)先級和結(jié)合性聲明）。
- 冗余和復(fù)雜性： 一旦里面定義的內(nèi)容多了，難讀得要死。