プログラミング言語を定義するバッカス記法

プログラミング言語を定義するバッカス記法

バッカス記法とは

– バッカス記法とはバッカス記法とは、プログラミング言語の文法規則を明確かつ簡潔に記述するための人工的な記法です。人間が言葉を使ってコミュニケーションを取るように、コンピュータにも理解できる言葉が必要です。プログラミング言語は、人間がコンピュータに指示を与えるための言葉ですが、コンピュータが正しく理解するためには、その言葉の組み立て方、つまり文法を明確に定義する必要があります。この文法規則を記述するために考案されたのがバッカス記法です。正式名称はバッカス・ナウア記法といい、考案者であるジョン・バッカスとピーター・ナウアの両名にちなんで名付けられました。しかし、一般的にはバッカス記法と略して呼ばれることが多く、プログラミング言語の設計やコンパイラの開発など、情報科学の幅広い分野で活用されています。バッカス記法を用いることで、人間がプログラミング言語の文法を理解しやすくなるだけでなく、コンピュータがプログラムを解釈するための処理を自動化することも容易になります。これは、コンピュータがプログラムを理解する上で、明確な文法規則が不可欠であるためです。バッカス記法は、プログラミング言語の設計者とコンピュータの双方にとって、円滑なコミュニケーションを可能にするための共通言語と言えるでしょう。

文法を定義する

プログラミング言語を学ぶ上で、「文法」は避けて通れません。これは人間が自然言語を扱う際に、文法に従って文章を組み立てたり解釈したりするのと似ています。プログラミング言語における文法は、プログラムの構造を明確に定義することで、人間とコンピュータの双方にとって理解しやすいプログラムの記述を可能にします。

この文法を定義する際に広く用いられるのが、「バッカス記法」と呼ばれる方法です。バッカス記法は、メタ言語という、他の言語を記述するための言語の一種として機能します。人間が使う自然言語の文法を説明する際に、文法用語を用いるのと同様に、バッカス記法はプログラミング言語の文法を明確に記述するための専用の記号や規則を持っています。

バッカス記法では、足し算や掛け算などを表す記号（+, -, *, / など）に加え、「もし～ならば」や「～の間繰り返す」といった処理を指示する予約語（if, else, for, while など）を用いて、プログラムの構造を定義します。これらの記号や予約語を組み合わせて、どのような順番でプログラムが構成されるべきかを厳密に規定することで、コンピュータがプログラムを正しく理解し実行するための手助けとなります。

この文法規則に基づいて、コンパイラやインタプリタといったプログラム処理系は、書かれたプログラムが文法的に正しいかどうかを判断します。もし文法に誤りがあれば、エラーメッセージを表示し、プログラマーに修正を促します。このように、バッカス記法による文法定義は、プログラミング言語の基盤として、コンピュータと人間との円滑なコミュニケーションを支える重要な役割を担っています。

例で見るバッカス記法

– 例で見るバッカス記法

プログラミング言語の文法を表現する方法として、バッカス記法があります。
ここでは、具体的な例として、整数を表す文法をバッカス記法で定義してみましょう。

“`
<整数> = <数字>
| <整数> <数字>
<数字> = 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
“`

この定義は、「<整数>」は「<数字>」一つだけ、または「<整数>」と「<数字>」を組み合わせたものであることを示しています。

つまり、「1」や「23」のように、数字が一つだけでも整数ですし、「1234」のように複数の数字が並んでいる場合も整数であることを表しています。

また、「<数字>」は0から9までのいずれかの数字であることを示しています。

このように、バッカス記法は再帰的な定義を用いることで、複雑な文法も簡潔に表現できます。

今回の例では「整数」という比較的単純なものを扱いましたが、バッカス記法を使うことで、より複雑なプログラミング言語の文法も定義することができます。

プログラミング言語開発における役割

プログラミング言語を開発する過程において、欠かせない要素の一つにバッカス記法の存在があります。バッカス記法とは、プログラミング言語の文法規則を明確かつ厳密に記述するためのメタ言語であり、その役割は多岐にわたります。

まず、新しいプログラミング言語を設計する段階において、バッカス記法は重要な役割を担います。開発者は、バッカス記法を用いることで、言語が持つべき文法規則を明確に定義することができます。これにより、言語仕様の曖昧さを排除し、開発者間で共通の認識を持つことが可能となります。開発者全員が同じルールに基づいて開発を進めることができるため、開発効率の向上や、誤解によるバグの発生を抑制することができます。

さらに、バッカス記法は、コンパイラやインタプリタといった、プログラムの実行に必要な処理系の実装においても重要な役割を果たします。コンパイラやインタプリタは、ソースコードを解析し、コンピュータが理解できる形式に変換する役割を担いますが、この解析の過程において、バッカス記法で定義された文法規則が参照されます。処理系は、バッカス記法に基づいてソースコードを解釈し、構文的に正しいかどうかを判断します。そして、問題がなければ、それを実行可能な形式に変換します。

このように、バッカス記法は、プログラミング言語開発の根幹を支える重要な要素と言えるでしょう。

バッカス記法の影響

– バッカス記法の影響バッカス記法が登場する以前、プログラミング言語の文法は曖昧で体系化されておらず、解釈や実装が困難でした。これは、プログラミング言語の開発を遅らせ、プログラマーがプログラムを書く上での大きな障壁となっていました。そこに登場したのがバッカス記法です。バッカス記法は、数学的な厳密さを持ちながらも、簡潔で理解しやすい方法でプログラミング言語の文法を記述することを可能にしました。この画期的な記法によって、プログラミング言語の設計者は明確で一貫性のある文法を定義できるようになり、プログラマーはそれを理解しやすくなったのです。バッカス記法の影響は、その後のプログラミング言語の発展に計り知れません。今日私たちが使用している多種多様なプログラミング言語の多くは、バッカス記法の影響を直接的、あるいは間接的に受けています。言語の設計と実装が容易になったことで、様々な用途やパラダイムに特化したプログラミング言語が次々と誕生し、ソフトウェア開発は飛躍的に進歩しました。バッカス記法は、プログラミング言語という複雑な世界を、明確で理解しやすい形で表現することを可能にした、まさに革命的な発明と言えるでしょう。