四、语义分析

article/2025/11/7 23:51:16

在经过了词法和语法分析后,能够表明该源程序在书写上是没有语法错误的,因此可以开始进行翻译。采用的方法是语法制导翻译

语法制导翻译

为每个产生式配上一个翻译子程序,如果使用过JavaCC就可以很清楚地理解这个意思了,在每个分析函数之后都会加上对应的处理代码。

属性文法

语义分析的一个工具,给文法符号附加一些属性,比如place、value、type等。用于描述变量的存储位置、类型、值。

逆波兰表达式(也叫后缀式)

表达式的逆波兰表示

常规计算一个算术表达时,由于运算符的优先级不同,在计算完一个子式后需要回过头去看前面的运算符,这对于计算机而言是不便于实现的。因此逆波兰表达式通过改写算术表达式的书写方式,使得计算机从左向右扫描一遍就能计算出结果,大大方便了实现过程。

逆波兰表示的递归定义:
(1)如果E是变量或常数,则E的后缀表示即E的本身
(2)如果E为 E1 op E2 的形式则它的后缀表示为E1’ E2’ op,其中op为二元运算符,E1’ E2’ 又分别是E1 E2 的后缀表示。如果op为一元运算符,则E1 和 E1’ 为空
(3)如果E为(E1)的形式,则E1的后缀表示即E的后缀表示

逆波兰表示的计算方式:
从左向右扫描,遇到变量就将其入栈,遇到运算符就将栈顶的元素弹出进行计算,计算完后将结果压回。

由于网络上有很多逆波兰表达式的介绍,在这里就不进行赘述了。

下面列举几个例子:

  • a+b 表示成 ab+
  • a*(b+c)表示成 abc+*
  • (a+b)*(a-c)-d 表示成 ab+ac-*d-

程序语句的逆波兰表示

  • 赋值语句
    <左部> = <表达式> 的逆波兰表示为 <左部><表达式>=
    x = a + b * c 的逆波兰表示为 xabc*+=

  • GOTO语句
    GOTO<语句标号> 的逆波兰表示为 <语句标号>BL
    GOTO 10 的逆波兰表示为 10BL

  • 条件语句
    <布尔表达式e的逆波兰式><顺序号>BT/BF
    BT表示为真的时候跳转,BF表示为假的时候跳转
    if(m<n) k=i+1;else k=i−1 的逆波兰表示为:
    mn< 13 BFki1+= 18 BRki1−=
    这里的跳转数字表示逆波兰表达式里的字符编号

  • 循环语句
    循环语句不能直接表示成逆波兰表达式,而是将其展开成等价的条件语句
    例如:for(i=m;i<n;i++)S
    展开后为:
    i=m;
    10: if(i<n)
    {
     S;
     i++;
     GOTO 10;
    }

三地址码

几种三地址码语句的形式为:
op为二元运算符:x = y op z
op为一元运算符:x = op y
赋值语句:x = y
跳转语句:goto L
条件语句:if x rop y goto L
过程调用:par X
过程调用:call P,n

四元式

四元式是定义操作的一种方式(中间代码),一共有四个域:
(op, arg1, arg2, result)
op为运算符,arg1, arg2, result为指针,指向变量的地址。

下面是一些常用的四元式:
在这里插入图片描述
如果操作符前面带 j 说明这是一条跳转语句,result是跳转的位置,例如:
j 表示无条件跳转
j< 表示 arg1 < arg2 就跳转 到 result 位置的四元式
jnz 表示arg1为真时跳转(jump if not zero)

如果是一元运算符,默认只使用arg1,不使用的位置填入 _

在本章中,主要介绍如何将输入源代码翻译成一连串的四元式。

表达式的翻译

算术表达式

在翻译算术表达式的时候,需要定义临时变量来存放中间运算结果,一般为Ti

以x=(a+b)*(a-c)-d 为例进行翻译
翻译成四元式就是(这里默认四元式的编号从100开始):
在这里插入图片描述
x=(a+b)*(a-c)-d 的逆波兰表达式为:xab+ac-*d-=
可以看到四元式的翻译结果就是逆波兰表达式的计算过程。
因此借助逆波兰表达式能够非常方便地进行表达式的翻译。

布尔表达式

因为布尔表达式一般只在控制语句中出现,一旦确定了结果就会进行跳转。

比如下面这段代码,如果a不等于1,那么就会跳过后面的部分,直接进行跳转,因为这时候b是否等于1对结果已经没有影响了。

if(a==1 && b==1) c=1;

翻译成四元式就是:
100 (j≠,a,1,103)
101 (j≠,b,1,103)
102 (=,1,_,c)

当然,上面这段代码并不是一个布尔表达式,只是在翻译的时候采取和布尔表达式一样的策略。

对于布尔表达式,我们用∨表示或,用∧表示与。
对于表达式:a∨b∧c∨d
当我们可以确定这个表达式的值为真时,要跳转的位置称为真出口,反之则为假出口,但是在分析的时候我们是不能一下子确定这个位置是在哪里,因此要先留空,等确定后再进行回填。
如果有多个要回填的四元式,我们可以用一条链将相同跳转位置的四元式连接起来,最后一起填入,这就是所谓的拉链-回填。

三元式

在这里插入图片描述

控制语句的翻译

条件语句if-else

在这里插入图片描述
下面是一个练习:

if (x > y)if(a && b)m = m + 1;elsem = m - 1;
elsex = y;

可以画一个转移图来辅助翻译
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
实际上这个四元式可以进行优化,比如107的四元式跳转到109后又进行了跳转,那么就可以改写成107直接跳转到111。但这部分就属于代码优化的内容了,语义分析只要能够生成正确的中间代码即可。

循环语句while

就和逆波兰表达式里的做法一样,将while展开成条件语句后再进行翻译。

对于下面的代码:

while(a < b)if(c < d) x = y + z;

我们可以改写为:

flag:if(a < b)
{if(c < d)x = y + z;goto flag;
}

然后进行翻译:
在这里插入图片描述

其实也可以直接进行翻译,无需进行改写,和条件语句相比只是在最后加了一条跳转语句而已。

比如将上面的while改成if

if(a < b)if(c < d) x = y + z;

那么翻译的结果就是:
在这里插入图片描述
可以看到只是最后少了一条跳转语句,以及101语句的跳转地址减1了而已。

数组元素的翻译

在进行数组元素的翻译前我们先来了解一下数组是怎么存储的:
如果是一维数组,那么就是内存中一块连续的空间。
二维数组实际上还是一块连续的空间,只是有按行和按列存储两种方式,这里只讨论按行存储。
这是一个示意图,分别表示了按行存储和按列存储的方式:
在这里插入图片描述
书上的内容比较难理解,而且又多,这里仅用一个例子进行解释:

  • 已知A是一个10x20的数组,按行存放(也就是一行20个元素),每维的下界值为1(也就是下标从1开始),A同时也表示数组首个元素的地址
    翻译赋值语句的 X=A[i][j] 的四元式序列:
    首先计算出一维的地址:A+20*(i-1)+j-1=A+20i+j-21,然后就可以进行翻译了
    在这里插入图片描述
    如果要对数组进行赋值,则使用[]=运算符

对于语句103,书上的例子都是用 Ti[Tj] 的形式表示数组中元素的地址,一般 Ti 为一维地址中的A+常数部分, Tjai + bj 的部分


http://chatgpt.dhexx.cn/article/TTWJfZAa.shtml

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