バッカス・ナウア記法とは？意味をわかりやすく簡単に解説

公開：2024年9月24日更新：2024年9月24日

バッカス・ナウア記法（BNF）とは
バッカス・ナウア記法の実践的応用
バッカス・ナウア記法の基本構造と記号
プログラミング言語文法の定義方法
コンパイラ設計におけるバッカス・ナウア記法の活用

バッカス・ナウア記法（BNF）とは

バッカス・ナウア記法（BNF）は、プログラミング言語の文法を形式的に記述するための表記法です。この記法はプログラミング言語の構文規則を明確かつ簡潔に表現でき、設計者やコンパイラ開発者にとって不可欠なツールとなっています。この記法を使用することでプログラミング言語の文法構造を一貫性のある形式で定義し、曖昧さを排除することが可能です。

バッカス・ナウア記法はメタ言語として機能し、プログラミング言語自体を記述するための言語として活用できるのが特徴。複雑な文法規則を簡潔に表現し、言語仕様の正確な伝達や解釈が容易になるのです。

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バッカス・ナウア記法の実践的応用

バッカス・ナウア記法の実践的応用に関して、以下3つを簡単に解説します。

バッカス・ナウア記法の基本構造と記号
プログラミング言語文法の定義方法
コンパイラ設計におけるBNFの活用

バッカス・ナウア記法の基本構造と記号

バッカス・ナウア記法の基本構造は生成規則と呼ばれる等式で構成されており、左辺に非終端記号、右辺にその定義が記述されます。BNFで使用される主要な記号には角括弧[]（オプション要素）、中括弧{}（繰り返し要素）、縦線|（選択肢）があります。

<非終端記号> ::= 定義1 | 定義2 | 定義3

この基本構造を用いることで、複雑な文法規則を明確に表現できます。たとえばプログラミング言語の条件文を定義する場合、<if文> ::= if <条件> then <文> [else <文>]のように記述することが可能です。

バッカス・ナウア記法の理解は言語設計やパーサー開発において、重要な役割を果たします。この記法を習得することでプログラミング言語の構文を正確に定義し、曖昧さのない文法規則を作成できるのです。

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プログラミング言語文法の定義方法

プログラミング言語の文法をバッカス・ナウア記法で定義する際は、言語の基本要素から始めて徐々に複雑な構造へと拡張していきます。まずは識別子やリテラル、演算子などの基本的な要素を定義し、それらを組み合わせて式や文を表現していきます。

<識別子> ::= <文字> | <識別子><文字> | <識別子><数字>
<文字> ::= A | B | C | ... | Z | a | b | c | ... | z
<数字> ::= 0 | 1 | 2 | ... | 9

上記は識別子の定義を示しています。文字で始まりそのあとに文字や数字が続く形式を表現しているのが特徴。このような基本要素の定義を基に、より複雑な構造を段階的に構築できます。

プログラミング言語の文法定義では制御構造や関数定義、クラス宣言など言語固有の要素も同様にバッカス・ナウア記法で表現します。これにより言語仕様の一貫性を保ちつつ、詳細な文法規則を明確に記述することが可能です。

コンパイラ設計におけるバッカス・ナウア記法の活用

コンパイラ設計においてバッカス・ナウア記法は、構文解析器（パーサー）の実装に直接的に活用されます。バッカス・ナウア記法で定義された文法規則は再帰下降パーサーや構文解析テーブルの生成に利用され、効率的な構文解析プロセスの基礎となります。

void parse_expression() {
    parse_term();
    while (current_token == '+' || current_token == '-') {
        char op = current_token;
        next_token();
        parse_term();
        // 演算子と項を処理
    }
}

上記はバッカス・ナウア記法で定義された式の文法規則を再帰下降パーサーとして実装したコード例です。バッカス・ナウア記法の構造が直接的にコードに反映されており、文法規則と実装の対応関係が明確になっています。

コンパイラ設計におけるバッカス・ナウア記法の活用は、構文解析の正確性と効率性を向上させる重要な要素です。また、BNFを基にした自動生成ツールを使用することでパーサーの実装工程を大幅に簡略化することも可能です。

※上記コンテンツの内容やソースコードはAIで確認・デバッグしておりますが、間違いやエラー、脆弱性などがある場合は、コメントよりご報告いただけますと幸いです。