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파싱/하향식


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1. 개요2. 고려 사항
2.1. Left recursion 문제2.2. Left factoring
3. 재귀 하강 파서(Recursive Descent Parser)
3.1. Pseudo code3.2. Python 구현 예시
4. Predictive Parser(예측 파서)

1. 개요

하향식 파서(Top-down parser)파서 유형 중 하나로, 시작 symbol의 생성 규칙에서 terminal 노드까지 유도하며 진행되는 parser이다. 입력 문자열을 시작 기호부터 시작하는 문법의 생성 규칙과 일치시키는 과정을 수행한다.

2. 고려 사항

2.1. Left recursion 문제

하향식 파서에서 left-recursion 문법을 활용하는 경우, 무한 루프가 발생할 수 있다. 예를 들어 다음 BNF를 고려해보자
[math(
\begin{array}{l}
\textbf{A}::= \textbf{A} \text{b}\ |\ c \\
\end{array}
)]

여기서 A는 우선 자기 자신을 참조하고, 이로 인해 파서는 A를 파싱하려고 할 때 항상 A를 먼저 시도하게 되며, 이 과정이 반복되어 무한 루프에 빠지게 된다. 무한 루프에 빠지게 되면, 재귀 호출이 계속 쌓이게 되어 결국 스택 오버플로우가 발생할 수 있다.

파일:left-rec-problem-1.jpg
조금 더 세분화된 과정은 다음과 같다.
좌측 재귀 문제를 해결하기 위해, 문법을 right recursion 또는 recursion 자체[1]가 없도록 변환해야 한다. 예를 들어, 위의 문법은 다음과 같이 right recursion으로 변환 가능하다.
[math(
\begin{array}{l}
\textbf{A}::= \text{c}\textbf{A}' \\
\textbf{A}' ::= \text{b} \textbf{A}'\ \vert\ \epsilon
\end{array}
)]

2.2. Left factoring

문법 규칙의 RHS의 첫부분에 공통적인 심볼이 존재하는 경우 문법이 비결정적일 수 있다. 특히 앞의 하나의 심볼로 다음 유도 방법을 결정하는 경우 이러한 문제는 더 자주 생긴다. 해당 부분에 새로운 non-terminal을 적용해 분리하는 방법도 있다.

[math(
\textbf{A} ::= \alpha \beta\ |\ \alpha \gamma \Rightarrow
\begin{array}{l} \textbf{A} ::= \alpha\ \textbf{A}'\\
\textbf{A}' ::= \beta\ |\ \gamma
\end{array}
)]

이러한 방법을 left factoring이라고 한다. 이 방식으로 파서가 α prefix를 통해 A non-terminal로 진입 후 다음 토큰을 기반으로 하여 β, γ 중 선택할 부분을 결정할 수 있다.

3. 재귀 하강 파서(Recursive Descent Parser)

재귀 하강 파서는 재귀 호출을 사용하여 입력 문자열을 분석한다. 각 non-terminal에 대해 하나의 함수가 존재하며, 이 함수들은 문법의 생성 규칙에 따라 입력을 분석한다. 구현이 비교적 간단하지만, left recursion 문법을 처리할 수는 없다.

3.1. Pseudo code

[math(
procedure\ A () \{\\
\quad \text{A에 대해 규칙}\ A\rarr X_1X_2\cdots X_n\ \text{선택}; \\
\quad \text{for}\ (i=1, 2, \cdots, k)\ \{ \\
\quad\quad\quad \text{if } (X_i \text{가 non-terminal}) \\
\quad\quad\quad\quad \text{call procedure } X_i(); \\
\quad\quad\quad \text{else if } (X_i\text{가 현재 input symbol a와 일치})\\
\quad\quad\quad\quad (i+1) \text{번째 symbol로 이동}; \\
\quad\quad\quad \text{else Syntax error}; \\
\quad \} \\
\}
)]

3.2. Python 구현 예시

예를 들어, 다음의 이진수와 이진수 간의 덧셈에 대한 BNF 문법 검증은 Python의 경우 다음과 같이 구현할 수 있다.

[math(
\begin{array}{l}
\textbf{expr}::= \textbf{binary} + \textbf{binary}~|~\textbf{binary} \\
\textbf{binary} ::= \textbf{digit}~|~\textbf{digit}\ \textbf{binary} \\
\textbf{digit} ::= 0~|~1
\end{array}
)]

#!syntax python
class RecursiveDescentParser:
    def __init__(self, input_string):
        self.input = input_string.replace(" ", "")
        self.index = 0

    def parse(self):
        result = self.expr()
        if self.index < len(self.input):
            raise SyntaxError("Unexpected character at index {}".format(self.index))
        return result

    def expr(self):
        # expr ::= binary + binary | binary
        left = self.binary()
        if self.index < len(self.input) and self.input[self.index] == "+":
            self.index += 1  # skip '+'
            right = self.binary()
            return left and right  # 두 binary의 문법 일치 여부 출력
        else:
            return left # 단일 binary의 경우

    def binary(self):
        # binary ::= digit | digit binary
        if not self.digit():
            return False
        while self.index < len(self.input) and self.input[self.index] in "01":
            self.index += 1
        return True

    def digit(self):
        # digit ::= 0 | 1
        if self.index < len(self.input) and self.input[self.index] in "01":
            self.index += 1
            return True
        else:
            return False


# 예시: 101 + 010
code = "101 + 010"
parser = RecursiveDescentParser(code)
result = parser.parse()
print(result) # True

4. Predictive Parser(예측 파서)


[1] 다만 간접적인 left recursion도 문제가 될 수 있다.