编译原理原理与技术

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顼逸尉解
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1 编译原理与技术语法制导翻译 2015/10/12 编译原理与技术讲义 1

2 属性文法语法制导翻译 S- 属性定义 L- 属性定义语法制导定义与翻译方案自底向上翻译 S- 属性定义自底向上计算自底向上计算继承属性自顶向下翻译 2015/10/12 编译原理与技术讲义 2

3 属性文法属性文法 (Attributed Grammar) 上下文无关文法 + 属性 + 属性计算规则属性 - 用来描述文法符号的语义特征, 如常量的值变量的类型和存储位置等 e.g. 二义性表达式文法 G, 非终结符 E 有属性 E.val ( 表达式的值 ) E E + E E * E ( E ) number 属性计算规则 ( 语义规则 ) 与产生式相关联的反映文法符号属性之间关系的规则 2015/10/12 编译原理与技术讲义 3

4 属性文法语法制导定义 ( 文法 + 属性 + 语义规则 ) 语义规则仅表明属性间抽象关系, 不涉及具体翻译实现细节, 如计算次序等翻译方案 ( 文法 + 属性 + 语义动作 ) 语义规则 - 即语义动作, 可体现若干实现的细节 2015/10/12 编译原理与技术讲义 4

5 e.g.1 算术表达式的计算器产生式 E E 1 + E 2 E E 1 * E 2 E ( E 1 ) E number 语法制导定义 E.val := E 1.val + E 2.val E.val := E 1.val * E 2.val E.val := E 1.val E.val := number.lex_val 2015/10/12 编译原理与技术讲义 5

6 e.g.1 算术表达式的计算器产生式翻译方案 E E 1 + E 2 { E.val := E 1.val + E 2.val } E E 1 * E 2 { E.val := E 1.val * E 2.val } E ( E 1 ) { E.val := E 1.val } E number { E.val := number.lex_val } 2015/10/12 编译原理与技术讲义 6

7 属性文法属性的分类若产生式 A X 1 X 2 X n, 与之相关的属性计算规则 b := f ( c 1, c 2, ) - 如果属性 b 是产生式左部符号 A 的属性则称其为 A 的综合属性 ; - 如果属性 b 是产生式右部符号 X i 的属性则称其为 X i 的继承属性 ; -c 1, c 2, 一般是产生式右部其它符号的 ( 综合 ) 属性或 A 的继承属性 ; - 固有属性 : 终结符仅有的属性如 number.lex_val 通常由词法程序提供 2015/10/12 编译原理与技术讲义 7

8 A 的继承属性属性依赖图 A.b A 的继承属性 A X 1. c 1 X 2. c 2 X n.c n X 1. c 1 X 2. c 2 X k. b X n.c n 综合属性 A.b 的计算继承属性 X k.b 的计算 2015/10/12 编译原理与技术讲义 8

9 e.g. 2 属性依赖图 : E. val = 23 E. val = 3 + E. val = 20 number. lex_val = 3 E. val = 4 E. val = 5 number. lex_val = 4 number. lex_val = /10/12 编译原理与技术讲义 9

10 分析树方法语义规则的计算方法 - 为输入串建立分析树 - 由语义规则建立属性依赖图 ( 没有属性循环依赖的 ) - 对依赖图进行拓扑排序, 得到属性计算次序 - 依次计算属性, 得到翻译结果基于规则的方法 - 构造编译器时, 事先对产生式的语义规则进行分析, 得到属性计算次序忽略规则的方法 - 属性计算次序仅由分析方法限定如 S- 属性定义可以在自下而上分析时, 在归约前计算如 YACC 中的语义动作 2015/10/12 编译原理与技术讲义 10

11 e.g. 3 属性计算次序 : E. val = E. val = 3 + E. val = number. lex_val = 3 E. val = 4 E. val = number. lex_val = 4 number. lex_val = /10/12 编译原理与技术讲义 11

12 S- 属性定义 - 语义规则仅包含综合属性计算 ( 可以有固有属性出现 ) - 适合自底向上计算 e.g. 语法树 - 语法树与分析树语法树可看作分析树的浓缩也称抽象语法树而分析树可看成具体语法树 2015/10/12 编译原理与技术讲义 12

13 语法树 vs. 分析树 S if B-expr then S1 else S2 语法树 if-then-else 分析树 S B-expr S 1 S 2 if B-expr then S 1 else S /10/12 编译原理与技术讲义 13

14 语法树 vs. 分析树 a := b* -c + b * -c 语法树分析树 assign 赋值语句 a + * c 算符 * c E a assign E E + E * E E c E E * E E c 2015/10/12 编译原理与技术讲义 14

15 语法树 vs. DAG DAG( 去除了公共子表达式的无环有向图 ) a := b* -c + b * -c assign assign a + a + * * * c c c 语法树 DAG 2015/10/12 编译原理与技术讲义 15

16 e.g.4 构造表达式的语法树 (DAG) 产生式语义规则 E E 1 + E 2 E.nptr := mknode( +,E 1.nptr, E 2.nptr) E E 1 - E 2 E.nptr := mknode( -,E 1.nptr, E 2.nptr) E E 1 * E 2 E.nptr := mknode( *,E 1.nptr, E 2.nptr) E E 1 / E 2 E.nptr := mknode( /,E 1.nptr, E 2.nptr) E ( E 1 ) E.nptr := E 1.nptr E - E 1 E.nptr := 1.nptr, -) E number E.nptr := mkleaf( NUM,number.lex_val) E id E.nptr := mkleaf( ID,id.entry) 2015/10/12 编译原理与技术讲义 16

17 e.g.4 构造表达式的语法树 (DAG) E.nptr - E 的语法树 ( 根结点指针 ) mknode(op, left, right)- 建立一个表达式语法树结点, 它的运算符为 op, 左右运算对象是 left 和 right 所指的语法树如果建成 DAG, 则需要检查是否已存在相应内部结点 op, 其左右运算对象分别是 left 和 right 若没有则新建一个 mkleaf( NUM,number.lex_val)- mkleaf( ID,id.entry)- 建立表达式语法树的叶结点建 DAG 也需检查是否已有相应结点 2015/10/12 编译原理与技术讲义 17

18 e.g.4 构造表达式 a+b*-4 的属性结构树 E. nptr + E. nptr + E. nptr * a ID a E. nptr * E. nptr b ID E. nptr - NUM /10/12 编译原理与技术讲义 18

19 e.g.4 构造表达式 a+b*-4 的语法树 (DAG) + ID a * ID - NUM /10/12 编译原理与技术讲义 19

20 L- 属性定义 - 如果产生式 A X 1 X 2 X n 的语义规则只计算 1)A 的综合属性, 或者 2)X i 的继承属性, 且该属性仅依赖于产生式右部 X i 的左边符号 X j (j<i) 的 ( 综合 ) 属性或 A 的继承属性 ; -S- 属性定义均为 L- 属性定义 - 可按深度优先次序计算 - 一种自然的属性计算次序 - 在分析期间完成翻译属性计算与结点建立有联系 ; 适合于自顶向下和自底向上分析方法 2015/10/12 编译原理与技术讲义 20

21 深度优先次序 procedure dfvisit( n : node ) begin for each child m of n, from left to right do begin evaluate inherited attributes of m; dfvisit( m ) ; end; evaluate synthesized attributes of n; end 2015/10/12 编译原理与技术讲义 21

22 e.g.5 非 L- 属性定义的语法制导定义产生式 A LM A QR 语义规则 L.i := l(a.i) M.i := m(l.s) A.s := f(m.s) R.i := r(a.i) Q.i := q(r.s) A.s := f(q.s) 2015/10/12 编译原理与技术讲义 22

23 翻译方案中的动作 - 语义动作可放在产生式右端任何位置 ; 这也就显式地给出了动作的执行时刻 ( 可认为是在深度优先遍历中的执行时刻 ) e.g. 6 将含有 + 和 - 运算的中缀表达式翻译为后缀形式 : E T R R addop T { print( addop.lex_val) } R ε T number { print( number.lex_val) } 2015/10/12 编译原理与技术讲义 23

24 e.g. 6 中缀翻译为后缀 :9-4+5 E T R 9 print(9) - T print( - ) R print(4) + T print( + ) print(5) 4 R ε 2015/10/12 编译原理与技术讲义 24

25 翻译方案中的动作 - 设计翻译方案时, 必须保证动作所引用的属性值是可用的 - 只有综合综合属性时 (S- 属性定义 ), 动作放在产生式末尾 ; - 若有继承属性时, 动作的放置须保证 : - ( 产生式右部 ) 符号的继承属性必须在此符号前计算 ; - 动作不要引用其右边符号的综合属性 ; - 左部非终结符的综合属性一般放在产生式末尾 ( 确保它引用的属性均已计算完且可用 ) 2015/10/12 编译原理与技术讲义 25

26 e.g.7 翻译方案的书写 S A 1 A 2 { A 1.in := 1 ; A 2.in := 2 } A a { print( A.in ) } 改写为 : S { A 1.in := 1 } A 1 { A 2.in := 2 } A 2 A a { print( A.in ) } 2015/10/12 编译原理与技术讲义 26

27 e.g.8 类型说明的语法制导定义 (0) 产生式 D T L T int T real L L 1, id L id 语义规则 L.in := T.type T.type := integer T.type := real L 1.in := L.in addtype(id.entry, L.in) addtype(id.entry, L.in) 2015/10/12 编译原理与技术讲义 27

28 e.g.8 类型说明的语法制导定义 (0)- 属性传递 D T L int L, k L, j i 2015/10/12 编译原理与技术讲义 28

29 e.g.8 类型说明的语法制导定义 (1) 改写上述类型声明文法, 使得其中的 T 成为 L 的子结点 ( 即产生式右部 ), 可以避免继承属性的使用修改后文法如下 : D L T int T real L L 1, id L T id 2015/10/12 编译原理与技术讲义 29

30 e.g.8 类型说明的语法制导定义 (2) 产生式 D L T int T real L L 1, id L T id 语义规则 T.type := integer T.type := real L.in := L 1.in addtype(id.entry, L 1.in) addtype(id.entry, T.type); L.in := T.type 2015/10/12 编译原理与技术讲义 30

31 D e.g.8 类型说明的语法制导定义 (2) 属性传递 L L, k L, j T i int 2015/10/12 编译原理与技术讲义 31

32 e.g.8 类型说明的语法制导定义 (3) Pascal 语言类型声明文法如下 : D L : T T int T real L L 1, id L id 该声明文法的问题在于,L 中声明的变量的类型 T 处于产生式中 L 的右边! 若用继承属性 L.in 来传递类型信息 T.type 形成非 L- 属性定义从而无法在完成 L 分析同时将有关类型信息填入符号表! 可以考虑将 T 作为 L 的子结点 ( 通过修改文法 ) 来改变这种情况 2015/10/12 编译原理与技术讲义 32

33 e.g.8 类型说明的语法制导定义 (4) 产生式 D id L T int T real L, id L 1 L : T 语义规则 addtype(id.entry,l.in) T.type := integer T.type := real L.in := L 1.in addtype(id.entry, L 1.in) L.in := T.type 2015/10/12 编译原理与技术讲义 33

34 e.g.9 翻译方案的计算次序 E E+T { print( 1 ) } E T { print( 2 ) } T T*F { print( 3 ) } T F { print( 4 ) } F (E) { print( 5 ) } F id { print( 6 ) } 输入串是 id*(id+id) 时, 该翻译方案输出什么? 2015/10/12 编译原理与技术讲义 34

35 S- 属性定义的自底向上计算拓广分析栈, 即添加属性栈, 包含文法符号的综合属性在归约实施前, 右部各符号的综合属性 ( 若有的话 ) 已放在与符号位置对应的属性栈上, 因此, 可以先计算获得左部非终结符的综合属性然后再归约, 这时从分析栈中弹出句柄,( 注意, 此时改变栈顶 top 即可 ) 最后, 将左部符号连同其属性放入由 top 指示的分析栈及属性栈的位置中这种属性栈只能存放综合属性回想 YACC 中如何做的? 2015/10/12 编译原理与技术讲义 35

36 属性栈与分析栈如果 A XYZ, 相关语义规则如下 : Z Z.z top Y Y.y A.a := f(x.x,y.y,z.z) X X.x 显然, X.x 在 Val[top-2] 分析栈属性栈 Y.y 在 Val[top-1] Val Z.z 在 Val[top] A.a 在 Val[ntop],ntop = top 句柄长度 +1 Val[ ntop ] := f( val[top-2], Val[top-1], Val[top] ) bottom 2015/10/12 编译原理与技术讲义 36

37 如果 A B, 相关语义规则如下 : A.a := B.b 显然, B.b 在 Val[top] A.a 在 Val[ntop], 属性栈与分析栈 B B.b 分析栈属性栈 Val top bottom ntop = top 1+1 = top, 即归约前后栈顶 top 不变, 也即 Val[ ntop ] 和 Val[top] 对应属性栈同一个单元, 所以, 可以省略原语义规则对应的属性栈操作 : Val[ntop] := Val[top] 2015/10/12 编译原理与技术讲义 37

38 e.g.10 计算表达式的 ( 栈 ) 代码产生式语义规则代码段 L E \n Print( E.val ) Print( Val[top-1] ) E E 1 +T E.val := E 1.val + T.val Val[ntop]:=Val[top-2]+Val[top] E T E.val := T.val T T 1 *F T.val := T 1.val * F.val Val[ntop]:=Val[top-2]*Val[top] T F T.val := F.val F (E) F.val := E.val Val[ntop]:=Val[top-1] F digit F.val := digit.lex_val 2015/10/12 编译原理与技术讲义 38

39 自底向上计算继承属性如何在自底向上分析中计算继承属性? - 属性栈上仅能存放综合属性 - 能否将继承属性的引用转换成综合属性? 分析栈中符号的继承属性 - 属性 copy 规则如果,A XY, 有语义规则 Y.i := X.s, 翻译方案可写为 : A X { Y.i := X.s } Y 2015/10/12 编译原理与技术讲义 39

40 自底向上计算继承属性 - 由属性 copy 规则可知,Y 的继承属性 Y.i 和 X.s 在属性栈上同一位置这样对属性 Y.i 的引用可以转化为对 X.s 的引用若计算 Y 的综合属性 Y.s 时需要引用 Y.i, 则此时 Y.i( 即 X.s) 就紧邻在句柄下面 ; 如果 Y 的句柄形成前, 它的某个右部符号需使用 Y.i, 这时, 也可以直接使用 Y.i (How to use?) 句柄 ( 归约为 Y) X 分析栈 X.s(Y.i) 属性栈 Val top top- 句柄长 bottom 2015/10/12 编译原理与技术讲义 40

41 e.g.11 C 声明的翻译方案 D T { L.in := T.type } L T int { T.type := integer } T real { T.type := real } L { L 1.in := L.in } L 1, id {addtype(id.entry, L.in) } L id { addtype(id.entry, L.in) } 对于输入串 :int p,q,r 分析过程如下 : 2015/10/12 编译原理与技术讲义 41

42 输入串分析栈产生式 int p,q,r p,q,r int p,q,r T T int,q,r Tp,q,r TL 注意 : 每 L id q,r TL, 次归约成,r TL,q L 时,T 与 L 的位,r TL 置关系 - r TL, -T 就在 TL,r 句柄的下 L L, id TL 面! L L, id D D TL 2015/10/12 编译原理与技术讲义 42

43 e.g.11 C 声明的代码段产生式代码段 ( 只含综合属性 ) D T L T int T real L L 1, id val[ntop]:=integer val[ntop]:=real addtype(val[top],val[top-3]) L id addtype(val[top],val[top-1]) L 的继承属性 L.in 2015/10/12 编译原理与技术讲义 43

44 问题 1: 继承属性的位置在构造编译器时不可预知 ( 或不固定 ), 如 e.g.12 产生式 S a A C S b A B C C c 模拟继承属性的计算 c A a c B A b top bottom 语义规则 C.i := A.s C.i := A.s C.s := g(c.i) 分析栈 1 分析栈 2 用 C c 归约时,C.i 的值可能在 val[top-1] 或者在 val[top-2] 的位置上解决办法是考虑将其统一引入标记非终结符 M 和产生式 M ε 2015/10/12 编译原理与技术讲义 44

45 产生式 S a A C S b A B M C C c M ε e.g.12 引入标记非终结符 c A a 语义规则 C.i := A.s C.i := M.s M.i := A.s C.s := g(c.i) M.s := M.i bottom 引入 M 后,C.i 可从句柄 c 的下面 (val[top-1]) 取得! 属性传递 : A.s M.i M.s C.i C.s c M B A b 分析栈 1 分析栈 2 top 2015/10/12 编译原理与技术讲义 45

46 产生式 S a A C S b A B M C C c 代码段 val[ntop]:= g(val[top-1]) M ε val[ntop] := val[top-1] 可否将 M 放在 S a A C 产生式中? M.i 2015/10/12 编译原理与技术讲义 46

47 模拟继承属性的计算问题 2: 语义规则不是简单的属性复写拷贝 e.g.13 : 将例 12 中的 S a A C 语义规则换为 : 产生式语义规则 S a A C C.i := f( A.s ) 虽然在例 12 中引入了 M 使得 A.s 可在 val[top-1] 处找到, 但在 S 的两个产生式中 C.i 的取值方式不同, 导致 C.s 的计算嘛这次可以考虑引入标记非终结符 N 和 N ε 2015/10/12 编译原理与技术讲义 47

48 e.g.13 引入标记非终结符 N 产生式 S a A N C 语义规则 C.i := N.s N.i := A.s N ε N.s := f(n.i) ( 其他产生式和语义规则不变 ) ( 代码段略 ) 2015/10/12 编译原理与技术讲义 48

49 e.g.14 文字排版的语法制导定义产生式语义规则 S B B.ps := 10 S.ht := B.ht B B 1 B 2 B 1.ps := B.ps B 2.ps := B.ps B.ht := max(b 1.ht,B 2.ht) B B 1 sub B 2 B 1.ps := B.ps B 2.ps := shrink(b.ps) B.ht := disp(b 1.ht,B 2.ht) B text B.ht := text.h B.ps 2015/10/12 编译原理与技术讲义 49

50 S : S.ht, 综合属性 ; 待排公式的整体高度 B : B.ps, 继承属性 ; 公式 ( 文本 ) 中字体点的大小 B.ht, 综合属性 ; 公式排版高度 text :text.h, 文本高度文字排版中的符号属性 max : 求两个排版公式的最大高度 shrink(b) : 将点大小缩小为 B 的 30% disp(b 1.ht,B 2.ht): 向下调整 B 2 的位置 E 1 Val 2015/10/12 编译原理与技术讲义 50

51 文字排版的翻译方案 (0) S { B.ps := 10 } B { S.ht := B.ht } B { B 1.ps := B.ps } B 1 { B 2.ps := B.ps } B 2 { B.ht := max(b 1.ht,B 2.ht) } B { B 1.ps := B.ps } B 1 sub { B 2.ps := shrink(b.ps) } B 2 { B.ht := disp(b 1.ht,B 2.ht) } B text { B.ht := text.h B.ps } 2015/10/12 编译原理与技术讲义 51

52 文字排版中引入标记符号为了自底向上计算 : B text { B.ht := text.h B.ps } 必须确定继承属性 B.ps 的 ( 属性栈 ) 位置为此引入标记非终结符 L M 和 N 及其属性, 包括相应的空产生式和有关属性规则这样 B.ps 即可在紧靠句柄 text 下方的位置上找到 (L 的综合属性置为 B.ps 的初值 ) S L B top text text.h B B 1 M B 2 L L.s=10 bottom B B 1 sub N B 2 分析栈属性栈 2015/10/12 编译原理与技术讲义 52

53 文字排版的翻译方案 (1) S L { B.ps := L.s } L ε { L.s := 10 } B { S.ht := B.ht } B { B 1.ps := B.ps } M ε { M.s := M.i } B 1 { M.i := B.ps } M { B 2.ps := M.s } B 2 { B.ht := max(b 1.ht,B 2.ht) } B { B 1.ps := B.ps } B 1 sub { N.i := B.ps } N ε { N.s :=shrink(n.i) } N { B 2.ps := N.s } B 2 { B.ht := disp(b 1.ht,B 2.ht) } B text { B.ht := text.h B.ps } 2015/10/12 编译原理与技术讲义 53

54 产生式代码段 S L B val[ntop] := val[top] B B 1 M B 2 val[ntop] := max(val[top-2],val[top]) B B 1 sub N B 2 val[ntop] := disp(val[top-3],val[top]) B text val[ntop] := val[top] val[top-1] L ε val[ntop] := 10 M ε val[ntop] := val[top-1] N ε val[ntop] := shrink( val[top-2] ) 2015/10/12 编译原理与技术讲义 54

55 (L- 属性定义 ) 自顶向下翻译删除翻译方案中的左递归 A A 1 Y { A.a := g(a 1.a, Y.y) } A X { A.a := f( X.x) } 消除左递归 : A X { R.i := f( X.x) }// 传递左运算量 R { A.a := R.s } R Y { R 1.i := g(r.i, Y.y) } R 1 { R.s := R 1.s } R ε { R.s := R.i }// 返回结果 2015/10/12 编译原理与技术讲义 55

56 输入串 XY 1 Y 2 的翻译 A.a A.a := g(g(f( X.x), y 1.y), y 2.y) X R.i := f(x.x) R.s A.a := g(f( X.x), y 1.y) A.a := f( X.x) y 1 y 2 Y 1 Y 2 R.i := g(f(x.x),y 1.y) R.s X R.i := g(g(f(x.x),y1.y), Y 2.y) ε R.s 2015/10/12 编译原理与技术讲义 56

57 e.g.15 删除翻译方案中左递归 E E 1 + T { E.nptr := mknode( +,E 1.nptr, T.nptr)} E E 1 - T { E.nptr := mknode( -,E 1.nptr, T.nptr)} E T { E.nptr := T.nptr } T ( E ) { T.nptr := E.nptr } T num { T.nptr := mkleaf( NUM,num.val) } T id { T.nptr := mkleaf( ID,id.entry) } 2015/10/12 编译原理与技术讲义 57

58 删除左递归后 : 引入非终结符 R E T { R.i := T.nptr } R { E.nptr := R.s } R + T { R 1.i := mknode( +, R.i, T.nptr) } // 建树 R 1 { R.s := R 1.s } R - T { R 1.i := mknode( -, R.i, T.nptr) } R 1 { R.s := R 1.s } R ε { R.s := R.i } // 返回最终语法树 ( 其余略 ) 2015/10/12 编译原理与技术讲义 58

59 ( 递归下降 ) 预测翻译器的设计为每个非终结符 A 构造用于分析和属性计算的函数 ( 注意, 在递归下降的语法分析中构造的仅是过程 ), 这样的函数构成如下 : - 参数 : 符号 A 的继承属性 - 返回值 : 符号 A 的综合属性 ( 记录 ) - 局部变量 :A 的产生式中每个符号的属性均有对应的局部量 (A 的继承属性除外 ) - 函数体形式为 :( 类似递归分析过程 ) - 根据输入符号决定产生式的选择 ; - 对每个可能选择的产生式从左自右分析并计算属性 ( 执行语义动作 ) 2015/10/12 编译原理与技术讲义 59

60 - 对每个可能选择的产生式从左自右分析并计算属性 ( 执行语义动作 ): (1) 终结符 X, 将 X.x 保存在相应的局部量中 ( 如果有的话 ), 调用 match(x); (2) 非终结符 B, 产生赋值 c := B(b 1,b 2, b n ),c 和 b i 分别是 B 的综合属性和继承属性对应的局部变量 ; (3) 语义动作, 将代码直接拷贝到函数体中, 而其中属性出现改为局部量的引用 ; (4) 函数结尾 :return A 的综合属性 2015/10/12 编译原理与技术讲义 60

61 e.g.16 递归翻译函数 R + T { R 1.i := mknode( +, R.i, T.nptr) } R 1 { R.s := R 1.s } R - T { R 1.i := mknode( -, R.i, T.nptr) } R 1 { R.s := R 1.s } R ε { R.s := R.i } 2015/10/12 编译原理与技术讲义 61

62 node_ptr R ( node_ptr i ) { node_ptr nptr, i1, s1, s ; // 符号属性对应的局部量 if (lookhead == + ) { // R + T R match( + ); nptr = T(); i1 = mknode( +, i, nptr ); // 语义动作 s1 = R ( i1 ); s = s1 ; // 语义动作 } else if // R - T R else s = i ; // R ε 语义动作 } return s; 非终结符 R 的递归翻译函数 2015/10/12 编译原理与技术讲义 62

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