编译原理与技术 语法制导翻译.ppt

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1、2019/10/28,编译原理与技术讲义,1,编译原理与技术,语法制导翻译,2019/10/28,编译原理与技术讲义,2,语法制导翻译,属性文法 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,2019/10/28,编译原理与技术讲义,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） EE + E | E * E | (

2、 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”,2019/10/28,编译原理与技术讲义,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。,2019/10/28,编译原理与技术讲义,5,e.g.1算术表达式的计算器,产生式 语法制导定义 EE1 + E2 E.val := E1.val + E2.val EE1 * E2 E.val := E1.val * E2.val E( E1 ) E.v

3、al := E1.val Enumber E.val := number.lex_val,2019/10/28,编译原理与技术讲义,6,e.g.1算术表达式的计算器,产生式 翻译方案 EE1 + E2 E.val := E1 .val + E2.val EE1 * E2 E.val := E1.val * E2.val E( E1 ) E.val := E1.val Enumber E.val := number.lex_val ,2019/10/28,编译原理与技术讲义,7,属性文法,属性的分类 若产生式AX1X2Xn，与之相关的属性计算规则 b := f ( c1, c2, ) 如果属性b

4、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Xi的属性则称其为Xi的继承属性； c1, c2, 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。,2019/10/28,编译原理与技术讲义,8,A.b,X1.c1,X2.c2,X,综合属性A.b的计算,A的继承属性,A,X1.c1,X2.c2,继承属性Xk.b的计算,A的继承属性,Xk.b,X,属性依赖图,2019/10/28,编译原理与技术讲义,9,e.g. 2 属性依赖图: 345,E. val = 23,E. val = 3

5、,+,E. val = 20,number. lex_val = 3,E. val = 4,E. val = 5,number. lex_val = 4,number. lex_val = 5,2019/10/28,编译原理与技术讲义,10,语义规则的计算方法,分析树方法 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

6、中的语义动作。,2019/10/28,编译原理与技术讲义,11,e.g. 3 属性计算次序: 345,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 = 5,1,2,3,4,5,6,7,8,2019/10/28,编译原理与技术讲义,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

7、法树。,2019/10/28,编译原理与技术讲义,13,S if B-expr then S1 else S2 语法树 分析树,语法树 vs. 分析树,if-then-else,B-expr,S1,S2,S,if,B-expr,then,S1,else,S2,2019/10/28,编译原理与技术讲义,14,a := b* -c + b * -c 语法树 分析树,语法树 vs. 分析树,assign,a,+,*,b,c,*,b,c,assign,E,E,E,+,E,*,E,b,E,E,a,赋值语句,c,E,*,E,b,E,c,算符,2019/10/28,编译原理与技术讲义,15,DAG（去除了公

8、共子表达式的无环有向图） a := b* -c + b * -c,语法树 vs. DAG,assign,a,+,*,b,c,*,b,c,assign,a,+,*,b,c,语法树,DAG,2019/10/28,编译原理与技术讲义,16,e.g.4 构造表达式的语法树（DAG）,产生式 语义规则 EE1 + E2 E.nptr := mknode(+,E1.nptr, E2.nptr) EE1 - E2 E.nptr := mknode(-,E1.nptr, E2.nptr) EE1 * E2 E.nptr := mknode(*,E1.nptr, E2.nptr) EE1 / E2 E.nptr

9、 := mknode(/,E1.nptr, E2.nptr) E( E1 ) E.nptr := E1.nptr E - E1 E.nptr := mknode(,E1.nptr, ) Enumber E.nptr := mkleaf(NUM,number.lex_val) Eid E.nptr := mkleaf(ID,id.entry),2019/10/28,编译原理与技术讲义,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

10、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。,2019/10/28,编译原理与技术讲义,18,e.g.4 构造表达式a+b*-4的属性结构树,E.nptr,E.nptr,E.nptr,+,E.nptr,E.nptr,*,a,b,E.nptr,4,2019/10/28,编译原理与技术讲义,19,e.g.4 构造表达式a+b*-4的语法树（DAG）,2019/1

11、0/28,编译原理与技术讲义,20,L-属性定义,如果产生式AX1X2Xn 的语义规则只计算 1）A的综合属性，或者 2）Xi的继承属性，且该属性仅依赖于产生式右部Xi的左边符号Xj（ji）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。,2019/10/28,编译原理与技术讲义,21,深度优先次序,procedure dfvisit( n : node ) begin for each child m of n, from left to right d

12、o begin evaluate inherited attributes of m; dfvisit( m ) ; end; evaluate synthesized attributes of n; end,2019/10/28,编译原理与技术讲义,22,e.g.5 非L-属性定义的语法制导定义,产生式 语义规则 ALM L.i := l(A.i) M.i := m(L.s) A.s := f(M.s) AQR R.i := r(A.i) Q.i := q(R.s) A.s := f(Q.s),2019/10/28,编译原理与技术讲义,23,翻译方案中的动作,语义动作可放在产生式右端任何位

13、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： ET R R addop T print( addop.lex_val) R | T number print( number.lex_val) ,2019/10/28,编译原理与技术讲义,24,e.g. 6 中缀翻译为后缀 ：9-4+5,E,T,R,9,print(9),-,T,print(-),R,4,print(4),+,T,print(+),5,print(5),R,1,2,3,4,5,2019/10/28,编译原理与技术讲义,25,翻译方案中的动作,

14、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）,2019/10/28,编译原理与技术讲义,26,e.g.7 翻译方案的书写,S A1 A2 A1.in := 1 ; A2.in := 2 A a print( A.in ) 改写为： S A1.in := 1 A1 A2.in := 2 A2 A a print( A.in ) ,

15、2019/10/28,编译原理与技术讲义,27,e.g.8 类型说明的语法制导定义（0）,产生式 语义规则 DT L L.in := T.type Tint T.type := integer Treal T.type := real LL1 , id L1.in := L.in addtype(id.entry, L.in) Lid addtype(id.entry, L.in),2019/10/28,编译原理与技术讲义,28,e.g.8 类型说明的语法制导定义（0） 属性传递,D,T,L,L,，,k,L,，,j,i,int,2019/10/28,编译原理与技术讲义,29,e.g.8类型说明

16、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： DL Tint Treal LL1 , id LT id,2019/10/28,编译原理与技术讲义,30,e.g.8类型说明的语法制导定义（2）,产生式 语义规则 D L Tint T.type := integer Treal T.type := real LL1 , id L.in := L1.in addtype(id.entry, L1.in) LT id addtype(id.entry, T.type); L.in := T.type,2019/10/2

17、8,编译原理与技术讲义,31,e.g.8类型说明的语法制导定义（2） 属性传递,D,T,L,L,，,k,L,，,j,i,int,2019/10/28,编译原理与技术讲义,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： DL : T Tint Treal LL1 , id Lid,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,2019/10/28,编译原理与技术讲义,

18、33,e.g.8 类型说明的语法制导定义（4）,产生式 语义规则 D id L addtype(id.entry,L.in) Tint T.type := integer Treal T.type := real L, id L1 L.in := L1.in addtype(id.entry, L1.in) L : T L.in := T.type,2019/10/28,编译原理与技术讲义,34,e.g.9 翻译方案的计算次序,EE+T print( “1” ) ET print( “2” ) TT*F print( “3” ) TF print( “4” ) F(E) print( “5”

19、) Fid print( “6” ) 输入串是id*(id+id)时，该翻译方案输出什么？,2019/10/28,编译原理与技术讲义,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？,2019/10/28,编译原理与技术讲义,36,如果AXYZ，相关

20、 语义规则如下： A.a := f(X.x,Y.y,Z.z) 显然， X.x在Valtop-2 Y.y在Valtop-1 Z.z在Valtop A.a在Valntop ，ntop = top |句柄长度|+1 Val ntop := f( valtop-2, Valtop-1, Valtop ),属性栈与分析栈,2019/10/28,编译原理与技术讲义,37,如果AB ，相关 语义规则如下： A.a := B.b 显然， B.b在Valtop A.a在Valntop ， ntop = top 1+1 = top ,即归约前后栈顶top不变， 也即Val ntop 和 Valtop对应属性栈同一

21、个单元， 所以，可以省略原语义规则对应的属性栈操作： Valntop := Valtop,属性栈与分析栈,B,B.b,分析栈,属性栈Val,top,bottom,2019/10/28,编译原理与技术讲义,38,e.g.10 计算表达式的（栈）代码,2019/10/28,编译原理与技术讲义,39,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，AXY，有语义规则Y.i := X.s， 翻译方案可写为： A X Y.i := X.s Y,自底向上计算继承属性,2019/10/28,编译原理与技术讲义

22、,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?）,top句柄长,2019/10/28,编译原理与技术讲义,41,e.g.11 C声明的翻译方案,DT L.in := T.type L Tint T.type := integer Treal T.type := real L L1.in := L.

23、in L1 , id addtype(id.entry, L.in) Lid addtype(id.entry, L.in) 对于输入串：int p,q,r 分析过程如下：,2019/10/28,编译原理与技术讲义,42,输入串 分析栈 产生式 int p,q,r p,q,r int p,q,r T Tint ,q,r Tp ,q,r TL Lid q,r TL, ,r TL,q ,r TL LL , id r TL, TL,r TL LL , id D DTL,注意：每次归约成L时，T与L的位置关系T就在句柄的下面！,2019/10/28,编译原理与技术讲义,43,e.g.11 C声明的“代

24、码段”,产生式 代码段（只含综合属性） DT L Tint valntop:=integer Treal valntop:=real L L1 , id addtype(valtop,valtop-3) Lid addtype(valtop,valtop-1),L的继承属性L.in,2019/10/28,编译原理与技术讲义,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 语义规则 S a A C C.i := A.s S b A B C C.i := A.s C c C.s := g(C.i) 用C c归约时，C.i的值可能在valtop-1或者在val

25、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 。,模拟继承属性的计算,bottom,c,c,A,B,a,A,b,分析栈1,分析栈2,top,2019/10/28,编译原理与技术讲义,45,产生式 语义规则 S a A C C.i := A.s S b A B M C C.i := M.s M.i := A.s C c C.s := g(C.i) M M.s := M.i 引入M后，C.i 可从句柄c的下面(valtop-1)取得！属性传递： A.s M.i M.s C.i C.s,e.g.12 引入标记非终结符,bottom,A,M,a,B,A,b,分析栈1,分

26、析栈2,top,c,c,2019/10/28,编译原理与技术讲义,46,产生式 代码段 S a A C S b A B M C C c valntop:= g(valtop-1) M valntop := valtop-1 可否将M放在S a A C产生式中？,M.i,2019/10/28,编译原理与技术讲义,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valtop-1 处找到，但在S的两个产生式中C.i的

27、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,2019/10/28,编译原理与技术讲义,48,e.g.13 引入标记非终结符N,产生式 语义规则 S a A N C C.i := N.s N.i := A.s N N.s := f(N.i) (其他产生式和语义规则不变） (代码段略）,2019/10/28,编译原理与技术讲义,49,产生式 语义规则 SB B.ps := 10 S.ht := B.ht BB1B2 B1.ps := B.ps B2.ps := B.ps B.ht := max(B1.ht,B2.ht) BB1 sub B2 B1.ps := B.ps

28、B2.ps := shrink(B.ps) B.ht := disp(B1.ht,B2.ht) B text B.ht := text.h B.ps,e.g.14 文字排版的语法制导定义,2019/10/28,编译原理与技术讲义,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 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(B1.ht，B2.ht)：向下调整B2的位置,文字排版中的符号属性,E,1,Val,2019

29、/10/28,编译原理与技术讲义,51,文字排版的翻译方案（0）,S B.ps := 10 B S.ht := B.ht B B1.ps := B.ps B1 B2.ps := B.ps B2 B.ht := max(B1.ht,B2.ht) B B1.ps := B.ps B1 sub B2.ps := shrink(B.ps) B2 B.ht := disp(B1.ht,B2.ht) B text B.ht := text.h B.ps ,2019/10/28,编译原理与技术讲义,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

30、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) SL B BB1M B2 BB1 sub N B2,text,text.h,L,L.s=10,分析栈,属性栈,top,bottom,2019/10/28,编译原理与技术讲义,53,S L B.ps := L.s L L.s := 10 B S.ht := B.ht B B1.ps := B.ps M M.s := M.i B1 M.i := B.ps M B2.ps := M.s B2

31、 B.ht := max(B1.ht,B2.ht) B B1.ps := B.ps B1 sub N.i := B.ps N N.s :=shrink(N.i) N B2.ps := N.s B2 B.ht := disp(B1.ht,B2.ht) B text B.ht := text.h B.ps ,文字排版的翻译方案（1）,2019/10/28,编译原理与技术讲义,54,产生式 代码段 S L B valntop := valtop BB1 M B2 valntop := max(valtop-2,valtop) BB1 sub N B2 valntop := disp(valtop-3

32、,valtop) B text valntop := valtopvaltop-1 L valntop := 10 M valntop := valtop-1 N valntop := shrink( valtop-2 ),2019/10/28,编译原理与技术讲义,55,（L-属性定义）自顶向下翻译,删除翻译方案中的左递归 A A1Y A.a := g(A1.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 R1.i := g(R.i, Y.y) R1 R.s := R1.s R R.

33、s := R.i /返回结果,2019/10/28,编译原理与技术讲义,56,输入串XY1Y2的翻译,X,A.a := f( X.x),A.a := g(f( X.x), y1.y),y1,A.a := g(g(f( X.x), y1.y), y2.y),y2,A.a,X,R.i := f(X.x),Y1,R.i := g(f(X.x),Y1.y),Y2,R.i := g(g(f(X.x),Y1.y), Y2.y),R.s,R.s,R.s,2019/10/28,编译原理与技术讲义,57,e.g.15 删除翻译方案中左递归,EE1 + T E.nptr := mknode(+,E1.nptr,

34、T.nptr) EE1 - T E.nptr := mknode(-,E1.nptr, T.nptr) ET E.nptr := T.nptr T( E ) T.nptr := E.nptr Tnum T.nptr := mkleaf(NUM,num.val) Tid T.nptr := mkleaf(ID,id.entry) ,2019/10/28,编译原理与技术讲义,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 R1.i := mknode(+, R.i, T.nptr) /”建树“ R1 R.s := R1.s R -

35、 T R1.i := mknode(-, R.i, T.nptr) R1 R.s := R1.s R R.s := R.i /返回最终语法树 （其余略）,2019/10/28,编译原理与技术讲义,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

36、动作）,2019/10/28,编译原理与技术讲义,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(b1,b2,bn)，c和bi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。,2019/10/28,编译原理与技术讲义,61,e.g.16 递归翻译函数,R + T R1.i := mknode(+, R.i, T.nptr) R1

37、R.s := R1.s R - T R1.i := mknode(-, R.i, T.nptr) R1 R.s := R1.s R R.s := R.i ,2019/10/28,编译原理与技术讲义,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 语义动作 return s; 非终结符R的递归翻译函数,