第8章-编译原理语义分析和中间代码生成

11编译原理2019年11月6日S.PO.P语义分析、生成中间代码生成目标程序代码优化语法分析程序词法分析程序错误处理符号表管理22编译原理2019年11月6日我是那样的容易满足，满足于这夕阳下的片刻温柔。——题记夏天的黄昏格外的长，最喜欢漫步在夏日的夕阳里。一双平底布鞋走在城市的红砖道上，怀抱着一天的喜悦和收获，充实里带着随意的漫步，看着天边的彩霞布满天空，高楼大厦，在夕阳下，温柔的矗立着，轮廓不再那样的坚毅和冰冷，被一抹夕阳涂上一层柔和，与这个世界握手言和，等待着每一个归家的人，去点燃它的灯火。布衣布裙的美丽，在夕阳里，唱着一曲小歌，想蹦蹦跳跳的去开心快乐，又担心惹了路人的眼眸。于是，低头含笑，美了的心情里全是充实的感觉，把心里填满了。挤不进一丝的忧伤和寂寞，醉美是一首夕阳里的赞歌。夏日里的彩霞，消失的很慢，一直挂在天边，那堆积着的金色霞光，落在发髻，落在脚边，落在城市中央，落在不知道的远方。身来清淡的心境，不奢求着光芒万丈的妩媚，只想揽了这一点的黄昏里的夕阳，温暖着曾经和未来的日程。踏过很多地方的日落，看过很多夕阳的壮观，却唯独爱上了家乡里的这一方明亮的晚霞。太阳隐约可见，一会儿藏在了云层的背后，一会儿露出少许的面容，像一个调皮的孩子，在母亲身旁肆无忌惮的玩着。到了傍晚七点多钟，霞光慢慢隐去，厚重的云层遮盖了前第8章语义分析与中间代码生成1.要求明确语义分析的任务2.明确属性文法和语法制导翻译的含义3.明确自底向上和自顶向下语法制导翻译的区别和特点4.明确生成中间代码的目的，中间代码的几种形式教学目标33编译原理2019年11月6日•8.1语义分析的任务•8.2语法制导翻译•8.3中间代码•8.4简单赋值语句的翻译•8.5布尔表达式的翻译教学内容44编译原理2019年11月6日词法分析，语法分析：解决单词和语言成分的识别及词法和语法结构的检查。语法结构可形式化地用一组产生式来描述。给定一组产生式，我们能够很容易地将其分析器构造出来。本章要介绍的是语义分析和中间代码生成技术。程序语言中间代码目标代码翻译翻译55编译原理2019年11月6日根据语义规则对识别出的各种语法成份分析其含义，进行初步翻译，生成相应的中间代码或直接生成目标代码。（1）确定数据类型（2）语义检查动态语义检查：在运行时刻进行静态语义检查：在编译时完成（3）识别含义，进行真正的翻译8.1语义分析的任务66编译原理2019年11月6日①类型检查。②控制流检查，确保控制语句有合法的转向点。例如，C语言中的break语句使控制跳离包括该语句的最小的switch，while或for语句。如果不存在包括它的这样的语句，则应报错。静态语义检查77编译原理2019年11月6日静态语义检查③一致性检查。很多情况下要求对象只能被定义一次。例如，Ｃ语言中规定一个标识符在同一作用域中只能被说明一次，同一case语句的标号不能相同，枚举类型的元素不能重复出现等。④相关名字检查。有的语言中有时规定，同一名字必须出现两次或多次。例如，Ada语言中，循环或程序块可以有一个名字，它出现在这些结构的开头和结尾，如同语句括号一般，编译程序必须检查它们的配对情况。88编译原理2019年11月6日实际应用中比较流行的语义分析方法：基于属性文法的语法制导翻译方法8.2语法制导翻译99编译原理2019年11月6日属性文法是Knuth在1968年提出的属性文法的特点是一种接近形式化的语义描述方法长于描述静态语义、短于描述动态语义每个语法符号有相应的属性符号每个产生式有相应计算属性的规则属性变量:=属性表达式8.2.1属性文法1010编译原理2019年11月6日附加了一组属性和运算（语义）规则的文法文法符号X的属性t常用X.t来表示•语义规则是根据产生式所蕴涵的语义操作建立起来的，并与语义分析的目标有关•不同的产生式对应不同的语义规则•不同的分析目标也对应不同的语义规则1.属性的表示2.语义规则的表示语义信息属性之间的关系静态语义检查、符号表操作、代码生成及打印各种错误信息1111编译原理2019年11月6日•非终结符E、T及F都有一个综合属性val,符号i有一个综合属性，它的值由词法分析器提供。•某些非终结符加下标是为了区分一个产生式中同一非终结符多次出现语义规则EE1+TETTT1*FTFF(E)FiE.val=E1.val+T.valE.val=T.valT.val=T1.valF.valT.val=F.valF.val=E.valF.val=i.lexval产生式例8.11212编译原理2019年11月6日根据文法符号的语义，为文法符号设置属性，用来表示文法符号的语义终结符使用单词的属性（id.val）保留字：if,begin,function,……常数：40.12,232,80,“TCP/IP”标识符：sum,tcc,id语法变量根据实际需要设定属性表达式E：E.type，E.val属性的设定1313编译原理2019年11月6日8.2.2语法制导翻译的过程语法制导翻译：将语义规则与语法规则相结合，在语法分析的过程中通过执行语义动作，计算语义属性值，从而完成预定的翻译工作。Yacc利用的就是语法制导翻译方法，它使用符号$$表示产生式左端的属性，$n表示存取产生式右端第n个文法符号相联的属性expr:expr'+'expr{$$=$1+$3;}1414编译原理2019年11月6日自底向上语法制导翻译自顶向下语法制导翻译语法制导翻译的实现1515编译原理2019年11月6日语法制导翻译分为两种处理方法：（1）语法制导定义（自底向上）：对每个产生式编制一个语义子程序，在进行语法分析的过程中，当一个产生式获得匹配时，就调用相应的语义子程序实现语义检查与翻译。这种实现方案隐藏了其中语义规则的计算次序等实现细节，不必规定翻译顺序。（2）翻译方案（自顶向下）：在产生式右部的适当位置，插入相应的语义动作，按照分析的进程，执行遇到的语义动作。这是一种动作与分析交错的实现方案。1616编译原理2019年11月6日输入符号串分析树执行语义规则翻译结果翻译步骤（２）从分析树得到描述结点属性间依赖关系的依赖图，由依赖图得到语义规则的计算次序（1）分析输入符号串，建立分析语法树（３）进行语义规则的计算，得到翻译结果1717编译原理2019年11月6日8.2.3语法制导定义对每个产生式编制一个语义子程序在进行语法分析的过程中，当一个产生式获得匹配时，就调用相应的语义子程序实现语义检查与翻译综合属性继承属性自底向上传递信息自顶向下（自左向右）传递信息1818编译原理2019年11月6日1、文法非终结符既有综合属性，也可有继承属性；2、开始符号没有继承属性；3、终结符只有综合属性，由词法分析器提供。几点说明：1919编译原理2019年11月6日•print(E.val)打印由E产生的算术表达式的值，可认为这条规则定义了L的一个虚属性。LEEE1+TETTT1*FTFF(E)Fiprint(E.val)E.val=E1.val+T.valE.val=T.valT.val=T1.valF.valT.val=F.valF.val=E.valF.val=i.lexval例8.２综合属性语义规则产生式2020编译原理2019年11月6日LE.val=14nT.val=12E.val=2T.val=2F.val=2i.lexval=2T.val=3+*F.val=3F.val=4i.lexval=4i.lexval=3•一个结点的综合属性值是其子结点的某些属性来决定的２+3*4的注释分析树通常使用自底向上的分析方法•在每个结点处使用语义规则来计算综合属性值•当一个产生式获得匹配时，就调用相应的语义子程序•从叶结点到根结点进行计算只含有综合属性的语法制导定义称为S属性定义2121编译原理2019年11月6日8.2.4S属性定义与自底向上翻译•LR分析器可以改造为一个翻译器，在对输入串进行语法分析的同时对属性进行计算•LR分析器增加属性值（语义）栈2222编译原理2019年11月6日步骤状态栈符号栈属性值栈剩余符号串分析动作10#−2+3*4#移进205#2−+3*4#用F→i归约303#F−2+3*4#用T→F归约402#T−2+3*4#用E→T归约501#E−23*4#移进6016#E+−2−*4#移进70165#E+3−2−−*4#用F→i归约80163#E+F−2−3*4#用T→F归约90169#E+T−2−3*4#移进1001697#E+T*−2−3−4#移进11016975#E+T*4−2−3−−#用F→i归约120169710#E+T*F−2−3−4#用T→T*F归约130169#E+T−2−(12)#用E→E+T归约1401#E−(14)#acc2323编译原理2019年11月6日产生式语义规则DTLTintTfloatLL1,idLidL.in=T.typeT.type=intT.type=floatL1.in=L.inenter(id.entry,L.in)enter(id.entry,L.in)例8.3继承属性L.inintid1,id2,id3DL.in=intL.in=intL.in=intT.type=intintid2id1id3.，，•一个结点的继承属性值是由其父结点或兄弟结点的某些属性决定的2424编译原理2019年11月6日DTLintLid2，id1图示：属性信息传递情况2525编译原理2019年11月6日8.2.5L-属性定义(L-属性文法)包含综合属性和继承属性的属性文法（语法制导定义）如：算术表达式求值的属性文法、说明语句的属性文法2626编译原理2019年11月6日翻译思想将语义动作插入到产生式的某个位置特征规定在语法分析中使用语义规则进行计算的次序保证当动作使用某属性时，该属性必须是有效的——最左派生表示形式：{……}2727编译原理2019年11月6日例8.4：建立说明语句的翻译方案将语义动作中继承属性的计算前移，使它出现在其相应文法符号之前D→T{L.in:=T.type}LT→int{T.type:=integer}T→real{T.type:=real}L→{L1.in:=L.in}L1,id{addtype(id.entry,L.in)}L→id{addtype(id.entry,L.in)}2828编译原理2019年11月6日realid1,id2的处理过程DT{L.in:=T.type}Lreal{T.type:=real}{L.in:=T.type}Lreal{L.in=real}Lreal{L.in=real}{L1.in:=L.in}L1,id2{addtype(id2.entry,L.in)}real{L1.in=real}L1,id2{addtype(id2.entry,L.in)}real{L1.in=real}id1{addtype(id1.entry,L1.in)},id2{addtype(id2.entry,L.in)}realid1{(id1.entry,real)},id2{(id2.entry,real)}D→T{L.in:=T.type}LT→int{T.type:=integer}T→real{T.type:=real}L→{L1.in:=L.in}L1,id{addtype(id.entry,L.in)}L→id{addtype(id.entry,L.in)}2929编译原理2019年11月6日生成中间代码的目的(1)便于优化(2)便于移植常见的中间代码形式：后缀式三地址代码（四元式、三元式和间接三元式）图形（抽象语法树、有向无环图）中间代码：一种介于源语言和目标语言之间的中间语言形式8.３中间代码3030编译原理2019年11月6日.javajava源程序文件.class二进制字节码文件Java虚拟机（JVM)本地计算机系统编译Java语言3131编译原理2