编译原理--03 语法制导翻译和中间代码生成复习(清华大学出版社第3版)

前言

目录

01 文法和语言、词法分析复习

02 自顶向下、自底向上的LR分析复习

03 语法制导翻译和中间代码生成复习

04 符号表、运行时存储组织和代码优化复习

05 用C++手撕PL/0

第7章 语法制导的语义计算

语义分析是上下文有关的，目前较为常见的是用属性文法来描述程序语言语义，并采用语法制导翻译的方法完成对语法成分的翻译工作。

属性文法

属性 描述文法符号的类型、值等有关的一些信息，它可以被计算或传递。

语义动作 指产生式相关联的指定操作

条件谓词 指产生式关联的接受条件，或者根据该条件谓词决定做什么语义动作

语义规则集 通常是产生式关联的一组语义规则，每个语义规则可以是一个语义动作或条件谓词。

属性(att)可以与某个文法符号(a)关联，用(a.att)来表示这种关联

现有一文法：
(E ightarrow T_1 + T_2mid T_1 && T_2)
(T ightarrow nummid truemid false)

将上面的文法描述为类型检查的属性文法：
(E ightarrow T_1 + T_2 quad {T_1.type=intquad&&quad T_2.type=int})
(E ightarrow T_1 && T_2quad{T_1.type=boolquad&&quad T_2.type=bool})
(T ightarrow numquad{T.type=int})
(T ightarrow truequad{T.type=bool})
(T ightarrow falsequad{T.type=bool})

综合属性和继承属性

对关联于产生式(A ightarrow alpha)的语义动作(b:=f(c_1, c_2, ..., c_k))，如果(b)是A的某个属性，则b是A的一个综合属性。综合属性是自底向上传递信息。

对关联于产生式(A ightarrow alpha)的语义动作(b:=f(c_1, c_2, ..., c_k))，如果(b)是产生式右边某个文法符号X的某个属性，则b是A的一个继承属性。继承属性是自顶向下传递信息。

带标注语法分析树，即在语法树的基础上，将原来的非终结符结点修改为综合属性的赋值。

下面是一个简单表达式文法G[S]的一个仅含综合属性的属性文法(开始符号为S)
(S ightarrow Equad{print(E.val)})
(E ightarrow E_1+Tquad{E.val:=E_1.val+T.val})
(E ightarrow Tquad{E.val:=T.val})
(T ightarrow T_1*Fquad{T.val:=T_1.val imes F.val})
(T ightarrow Fquad{T.val:=F.val})
(F ightarrow (E)quad{F.val:=E.val})
(F ightarrow dquad{F.val:=d.lexval})

其中(d.lexval)表示数值，(E.val, T.val, F.val)都为综合属性
现在要给表达式(3*(5+4))构造语法树和带标注语法分析树：

下面则是一个包含综合属性、继承属性的属性文法：
(E ightarrow TRquad{R.in:=T.val;quad E.val:=R.val})
(R ightarrow +TR_1quad{R_1.in:=R.in+T.val;quad R.val:=R_1.val})
(R ightarrow -TR_1quad{R_1.in:=R.in-T.val;quad R.val:=R_1.val})
(R ightarrow varepsilonquad{R.val := R.in})
(T ightarrow numquad{T.val := lexval(num)})
其中(lexval(num))表示从词法分析程序得到的常数值。
可见(E.val, T.val, R.val)都为综合属性，(R.in)为继承属性
现在要给表达式(3+4-5)构造语法树和带标注语法分析树：

这一章可能的考点

1. 了解综合属性和继承属性。已知属性文法和输入符号串，构建语法树和带标注语法分析树。

第8章 静态语义分析和中间代码生成

中间代码生成

中间代码 一种介于源语言和目标语言的中间语言形式，有：

1. 逆波兰表示
2. 三元式表示
3. 四元式表示
4. 树形表示

逆波兰表示

逆波兰表示法即为后缀表示法，而默认我们使用的表达式是中缀表示法

程序设计语言中的表示	-----逆波兰表示-----
(a+b)	(ab+)
(-a)	(a@)
(a+b*c)	(abc*+)
((a+b)*c)	(ab+c*)
(a:=b*c+b*d)	(abc*bd*+:=)
(a:=b*(c+b)*(-d))	(bcb+*d@*:=)

逆波兰式的使用：需使用额外的标识符栈。顺序扫描逆波兰表达式的时候，遇到标识符直接入栈。

遇到运算符时：

1. 根据运算符目数，从栈顶取出相应数目的标识符做运算，并把运算结果压栈
2. 运算结束时，标识符栈应该只剩下一个元素，且为运算结果

三元式表示

三元式((op, A_1, A_2))

(op)为运算符
(A_1)为第一运算对象
(A_2)为第二运算对象

例如(a:=b*c+b*d)表示为：
((1)quad(*,b,c))
((2)quad(*,b,d))
((3)quad(+,(1),(2))quad) 这里用(1)和(2)来表示中间计算结果的显式引用
((4)quad(:=,(3),a)quad) 这里相当于(a:=(3))

而单目运算的(-b)可以表示成((-,b,/))

树形表示

树形表示和三元式表示非常相似，如(a:=b*c+b*d)表示为：

注意赋值表达式中被赋值对象在树的左孩子节点位置

单目运算(-T_1)直接表示成：

四元式(三地址码)表示

四元式((op, A_1, A_2,R))

(op)为运算符
(A_1)为第一运算对象
(A_2)为第二运算对象
(R)为运算结果

例如(a:=b*c+b*d)的四元式表示：
((1)quad(*,b,c,t_1))
((2)quad(*,b,d,t_2))
((3)quad(+,t_1,t_2,t_3))
((4)quad(:=,t_3,-,a))

和三元式的差别在于，四元式对中间结果的引用必须通过给定的名字(临时变量)

它的三地址码写法为：
(t_1:=b*c)
(t_2:=b*d)
(t_3:=t_1*t_2)
(a:=t_3)

翻译

布尔表达式的翻译

布尔表达式在程序设计语言中有两个作用：

1. 计算逻辑值
2. 用于改变控制流语句中的条件表达式

控制流语句包含循环、分支两大类。

通常我们只考虑如下文法生成的布尔表达式：
(E ightarrow E; and; Emid E; or; Emid not; Emid id; rop; idmid idmid truemid false)
其中(rop)是关系符，如(<=, <, =, >, >=)等
布尔运算符的优先顺序为(not>and>or)
并且(and)和(not)服从左结合

布尔表达式的计算有两种方法：

1. 计算各部分的真假值，最后计算出整个表达式的值
   ((1;and;0);and;(0;or;1)=0;and;1=0)
2. 短路法：(A;and;B)如果(A=0)则直接得到(0)；(A;or;B)如果(A=1)则直接得到1。这种方式若(B)为一个带返回值的过程调用会引发副作用

布尔表达式翻译成四元式序列，如(a; or; b; and; not; c)的翻译结果为：
((1)quad t_1 :=;not;c)
((2)quad t_2 :=b;and;t_1)
((3)quad t_3 :=a;or;t_2)

条件语句中布尔表达式的翻译

现在有文法：
(S ightarrow if;E;then;S1mid if;E;then;S1;else;S2mid while;E;do;S1)

翻译这部分的题目主要是以给定四元式序列，然后填空。

对布尔表达式(E = a; rop; b)，可以翻译成：
((1)quad if;a;rop;b;goto; E.true)
((2)quad goto;E.false)

但此时(E.true)和(E.false)的值仍不能被确定。例如：
(S ightarrow if;E;then;S1;else;S2)

(E.true)的值为(S1)的第一条四元式的地址
(E.false)的值为(S2)的第一条四元式的地址

(if;a<b;or;c<d;and;e>f;then;S1;else;S2)的四元式序列：

((1)quad if;a<b;goto; underline{E.true})
((2)quad goto; underline{(3)})
((3)quad if;c<d;goto; underline{(5)})
((4)quad goto; underline{E.false})
((5)quad if;e>f;goto; underline{E.true})
((6)quad goto;underline{E.false})
((7)quad S1;begin...)
(...)
((p-1)quad ...S1;end)
((p)quad goto ;underline{q})
((p+1)quad S2;begin...)
(...)
((q-1)quad ...S2;end)
((q)quad ...)

在产生出S1和S2的状态块后，才能进行地址回填。上面的(E.true)应填((7))，而(E.false)应填((p+1))。

为了解决地址回填的问题，需要采用拉链法，把需要回填(E.true)的所有四元式构造并维护一条真链的链表，把需要回填(E.false)的所有四元式构造一条假链的链表

对于上面的例子，真链和假链如下图：

其中(5)为真链的链首，(6)为假链的链首。一旦确定S1和S2的地址，就可以沿着链作地址回填

但还有3种情况会使得四元式序列变得十分复杂，这里不讨论：

1. 连续的(or)或连续的(and)
2. 连续的(if-else;if-else;if...)
3. 嵌套条件语句

循环语句中布尔表达式翻译

现需要翻译语句：(while;a<b;do;if;c<d;then;X:=Y+Z)

(100:quad if;a<b;goto; underline{E.true})
(101:quad goto; underline{E.false})
(102:quad if;c<d;goto; underline{104})
(103:quad goto; underline{106})
(104:quad t1:=Y+Z)
(105:quad X:=t1)
(106:quad goto;underline{100})
(107: quad...)

分析到状态块的开始就可以确认(E.true=102)，而分析完状态块的结束之后就可以确认(E.false=107)

for循环语句翻译

现需要翻译语句：(for;I;:=;1;step;1;until;Y;do;X:=X+1)
等价于C语言的：(for(I=1;I<=Y;++I) X=X+1;)

(100:quad I:=1)
(101:quad goto;underline{103})
(102:quad I:=I+1)
(103:quad if;I<=Y;goto; underline{105})
(104:quad goto; underline{108})
(105:quad T:=X+1)
(106:quad X:=T)
(107:quad goto; underline{102})
(108: quad...)

数组的翻译

对于一个静态的n维数组，要访问其中一个元素，可以使用下标法：

[A[i_1,i_2,...,i_n] ]

由于内存是一维连续空间，对于行主数组，比如一个(2 imes3)的二维数组，在内存中的布局为：

[A[1,1];A[1,2];A[1,3];A[2,1];A[2,2];A[2,3] ]

现知道数组(A)的地址为(a)，那(A[i,j])的地址为：

[a+(i-1) imes 3+(j-1) ]

设(B)为n维数组(B[l_1:u_1,l_2:u_2,...,l_n:u_n])

显然(d_i=u_i-l_i+1)。令(b)是数组首元素地址，那么行主数组下(B[i_1,i_2,...,i_n])的地址(D)为：

[D=b+(i_1-l_1)d_2d_3...d_n+(i_2-l_2)d_3...d_n+(i_{n-1}-l_{n-1})d_n+(i_n-l_n) ]

对式子展开可以提取出式子中的固定部分和变化部分：
(D=constPart+varPart)
(constPart=b-C)
(C=l_1d_2d_3...d_n+l_2d_3...d_n+...+l_{n-1}d_{n-1}+l_nd_n)
(varPart=i_1d_2d_3...d_n+i_2d_3...d_n+...+i_{n-1}d_{n-1}+i_nd_n)

访问数组元素(A[i_1,i_2,...,i_n])需要产生两组计算数组的四元式：

1. 一组计算(varPart)，存放结果到临时单元(T)中
2. 一组计算(constPart)，存放结果到另一个临时单元(T1)中

用(T1[T])表示数组元素的地址

变址取数的四元式：((=[],T1[T],-,X)),相当于(X:=T1[T])
变址存数的四元式：(([]=,X1,-,T1[T])),相当于(T1[T]:=X)

现在有一个10*20的数组A，即(d1=10, d2=20)。则(X:=A[I,J])的四元式序列为：
((*,I,20,T1))
((+,T1,J,T1))
((-,A,21,T2))
((=[], T2[T1], -, T3))
((:=,T3,-,X))

对应：
(varPart=20*I+J)
(constPart=A-(1*20+1)=A-21)

这一章可能的考点

1. 中间代码的逆波兰表示、树形表示、三元式表示、四元式表示
2. 翻译相关，可能会给出代码进行填空