Atitti. 語法樹AST、字尾表示式、DAG、三地址程式碼

阿新 • • 發佈：2019-02-13

抽象語法樹的觀點認為任何複雜的語句巢狀情況都可以藉助於樹的形式加以描述。確實，不得不承認應用抽象語法樹可以使語句翻譯變得相對容易，它很好地描述了語句、表示式之間的聯絡。不過，由於Neo Pascal並不會顯式構造抽象語法樹，所以不得不借助於其他資料結構實現。根據先前的經驗，棧結構就是不二之選。

DAG（有向無環圖）

字尾表示式：也稱為逆波蘭表示式，這種形式簡單明晰，便於儲存。在處理表達式翻譯時，字尾表示式有著其他形式無法比擬的優勢。不過，由於字尾表示式的應用領域比較單一，所以很少獨立作為一個實際編譯器的IR存在。

1. _{字尾表示式}

編輯

不包含括號，運算子放在兩個運算物件的後面，所有的計算按運算子出現的順序，嚴格從左向右進行（不再考慮運算子的優先規則，如：(2 + 1) * 3 ，即2 1 + 3 *

作者:: ★(attilax)>>> 綽號:老哇的爪子（全名：：Attilax Akbar Al Rapanui 阿提拉克斯阿克巴阿爾拉帕努伊）漢字名：艾龍， EMAIL:[email protected]

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1.1. 字首記法、中綴記法和字尾記法

它們都是對錶達式的記法，因此也被稱為字首記法、中綴記法和字尾記法。它們之間的區別在於運算子相對與運算元的位置不同：字首表示式的運算子位於與其相關的運算元之前；中綴和字尾同理。

舉例：(3 + 4) × 5 - 6 就是中綴表示式- × + 3 4 5 6 字首表示式3 4 + 5 × 6 - 字尾表示式

中綴表示式（中綴記法）中綴表示式是一種通用的算術或邏輯公式表示方法，操作符以中綴形式處於運算元的中間。中綴表示式是人們常用的算術表示方法。雖然人的大腦很容易理解與分析中綴表示式，但對計算機來說中綴表示式卻是很複雜的，因此計算表示式的值時，通常需要先將中綴表示式轉換為字首或字尾表示式，然後再進行求值。對計算機來說，計算字首或字尾表示式的值非常簡單。

三地址程式碼：也稱為"四元組"，即操作符和三個運算元地址。這是一種最為常見的IR。甚至有些書籍認為IR就是中間程式碼（即三地址程式碼

所謂的三地址，指的就是每一行程式碼通常包含三個地址資訊，即運算元1、運算元2、結果運算元。例如，（ADD A，1，C ）這行三地址程式碼的含義就是A+1→C。這種形式初看與組合語言有點類似

當然，三地址程式碼也不是完美的，由於它是相對離散的，在分析源程式結構方面，它就不及語法樹便捷

三地址程式碼的理由如下：三地址程式碼是一種線性IR。由於輸入源程式及輸出目標程式都是線性的，因此，線性IR有著其他形式無法比擬的優勢。另外，相對於其他表示形式而言，程式設計師對於線性表示形式通常會有一種莫名的親切感，編譯器設計者當然也不例外。早期編譯器設計者往往都是組合語言程式設計的高手，可以非常自然、流暢地閱讀線性的三地址程式碼形式。同時，線性表示形式也會降低輸入輸出的實現難度。隨著編譯器"端"、"遍"等概念的出現，IR已經不僅僅是一種儲存在記憶體中的資料結構。有時它也需要以檔案形式轉存輸出，作為介面供其他系統讀取使用。

為什麼將其設計為"三地址"的形式呢？實際上，這是電腦科學家經過多年實踐探索後才得到共識的。三地址程式碼並不是唯一的線性IR，只能說是最為常見的而已。在編譯技術領域，二地址程式碼、單地址程式碼（即棧式機程式碼）都曾出現過，也曾在某些應用領域盛行一時，尤其是單地址程式碼。

然而，單地址程式碼的情況則截然不同了，在現代編譯器設計中，單地址程式碼也是應用比較廣泛的一種IR。尤其是近年隨著混合語言的日漸壯大，單地址程式碼也重新進入了人們的視野。由於執行單地址程式碼程式的棧式機架構相對比較簡單，可以非常方便地構造相關的直譯器或虛擬機器，所以單地址程式碼深受混合語言設計者的歡迎。讀者熟悉的Java位元組碼、.NET的IL都是單地址程式碼

三地址程式碼是在二地址程式碼的基礎上發展而來的。二地址程式碼的不足之處在於它通常會給其中一個源操作分量帶來一定副作用。當然，這種設計的靈感最初是來源於x86指令系統的，但是卻忘了一個重要的區別：x86指令中往往都是以暫存器作為暫存空間的。而暫存空間對於二地址程式碼卻是一個棘手的問題。為了解決二地址程式碼的不足，人們提出了一個對源操作分量不產生任何副作用的形式，那就是三地址程式碼。也就是說，在一行三地址程式碼中，任何運算都不會改變兩個源操作分量。這是三地址程式碼與二地址程式碼的主要區別。這個特性是非常重要的，它將使得編譯器更自由地複用名字與值，不必考慮程式碼帶來的副作用。

最後，再來談談IR的級別，即IR依賴於目標機的程度。按級別分類，可將IR分成三類：高階形式（HIR）、中級形式（MIR）、低階形式（LIR），也可稱為高階中間語言、中級中間語言、低階中間語言。

高階形式（HIR）是一種儘可能保持了源語言程式結構的IR，這種形式能較好地保留源程式的原始語義資訊。由於高階形式太接近源語言程式結構，所以很少有編譯器將其獨立作為IR傳遞給後端。

中級形式（MIR）既要以一種與語言無關的方式在一定程度上反映源語言的特性，又要能夠適應多種體系結構的IR。中級形式是一種比較常用的IR，它兼顧了源語言、目標機的特性，又能適用於大多數優化演算法。當一個編譯器僅設計一種IR時，中級形式是較理想的選擇。

低階形式（LIR）就是在一定程度上包含某些目標機特性的IR，比目標語言稍高階，常作為一些機器相關的優化演算法的輸入。不過，實際上，除了一些較大型的編譯器需要使用低階形式之外，低階形式並不是很常見。因為更多編譯器設計者更願意直接基於目標語言作優化。

表5-6 if語句的翻譯方案

if語句

翻譯方案

if <表示式> then

<語句1>

else

<語句2>

<表示式翻譯>

(JNT , <表示式結果> , null , __L1 )

<語句1>

(JMP , __L2 , null , null )

(LABEL , __L1 , null , null )

<語句2>

(LABEL , __L2 , null , null )

如果省略了else部分，那麼只需將翻譯方案中第4～6行語句省略，並將第7行的"__L2"替換為"__L1"即可。semantic068、semantic069、semantic070主要的功能就是根據翻譯方案翻譯輸入的if語句。也就是說，試圖依靠這三個語義子程式，完成翻譯方案中黑體語句的生成。在上述翻譯方案中，可以暫且將"__L1"稱為"假分支標號"，而將"__L2"稱為"出口標號"。另外，需注意一點，當輸入語句是if-then結構時，第7行語句的標號不應該取出口標號，而應該取假分支標號，因為此時並不存在真正意義的假分支，因此，可以將假分支標號當作出口標號使用。

while語句的翻譯方案

while語句

翻譯方案

while <表示式> do

<語句>

(LABEL ,__L1,null,null)

<表示式翻譯>

(JNT ,<表示式結果>,null,__L0)

<語句>

(JMP ,__L1,null,null)

(LABEL ,__L0,null,null)

5.1.2 IR設計及其級別 - 51CTO.COM.html

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