【编译原理】语法制导翻译

1.导入

语法制导翻译是处理语义的基本方法，它以语法分析为基础，在语法分析得到语言结构的结果时，对附着于此结构的语义进行处理，如计算表达式的值、生成中间代码等

2.语法与语义

语法与语义的关系语法是指语言的结构、即语言的“样子” ；语义是指附着于语言结构上的实际含意，即语言的“意义” 。

对于语法和语义：

• 语义不能离开语法独立存在；

• 语义远比语法复杂；

• 同一语言结构可包含多种含意，不同语言结构表示相同含意；

• 语法与语义之间没有明确的界线。

3 基本概念

语义分析的作用：

1,检查语言结构的语义是否正确，即是否构造正确的句子所表述的意思也合法

2，执行所规定的语义动作，如表达式的值、符号表的填写、中间代码的生成等

1.语法制导翻译

        在语法分析过程中，完成附加在所使用的产生式上的语义规则描述的动作

2.静态语义分析

        验证关于所编译的程序的语义规则是否全为“真”

3.语法制导定义SDD：

SDD是对CFG的推广，他将每个文法符号和一个语义属性集合相关联，将每个产生式和一组语义规则相关联，这些规则用于计算该产生式种各个文法符号的属性值

左边是上下文无关文法，右边是其对应的语义规则，T表示的是非终结符Type,它定义了一个属性type，当产生式右部是int时，T的值是int，是real时，T的值就是real。这里的L用来表示生成标识符序列inL，需注意，右边的L与左边的L是同一个符号，角标用来标识在表达式出现的位置



4.语法制导翻译方案SDT：

在产生式右部嵌入程序片段的CFG，这些程序片段称为语义动作。按照惯例，语义动作要放在花括号内。

第一个语句动作表示当分析出T以后，我们就可以利用T的type值来计算L的inh值；第二三个式子表示当产生式右部都分析出来之后，我们就可以来计算产生式左部type值；最后一个表示在计算L1之前就可以根据L的inh值来计算L1的属性值

一个语义动作在产生式中的位置决定了这个动作的执行时间。

补充：SDD和SDT

SDD是关于语言翻译的最高层次规格说明，隐藏了许多具体的实现细节，使用户不必显示地说明翻译发生的顺序

SDT可以看作是对SDD的一种补充，是SDD的具体实施方案，显示的指明了语义规则的计算顺序，以便说明某些实现细节

应用最广的语义分析方法：语法制导翻译

语法制导翻译：在语法分析过程中，随着分析（推导或者规约）的逐步开展，每识别出一个语法结构，根据文法的每个规则所对应的语义子程序进行翻译的方法。是使用CFG（上下文无关文法）来引导对语言的翻译，是一种面向文法的翻译技术

语法制导翻译的基本思想：1.将文法符号所代表的语言结构的意思，用附着于该文法符号的属性表示（表示语义信息的方法：为CFG的文法符号设置语义属性）；2. 用语义规则规定产生式所代表的语言结构之间的关系（即属性之间的关系），即用语义规则实现属性计算（如何计算语义属性：语法福海的语义属性值是用与文法符号所在产生式即语法规则，相关联的语义规则来计算）

对给定的输入串x，构建x的语法分析树，并利用与产生式（语法规则）相关联的语义规则来计算分析树各个节点对应的语义属性值

语义规则的执行：在语法分析推导或归约的每一步骤中，执行附着在对应产生式上的语义规则，实现对语义的处理，如查添符号表、生成中间代码、发布错误信息等。

静态语义检查：

类型检查
控制流检查
一致性检查
相关名字检查
名字的作用域分析

审查每个语法结构的静态语义，即验证语法结构合法的程序是否有合法的意义如果静态语义正确，生成中间代码或目标代码

4.SDD

定义： SDD是对CFG的推广，他将每个文法符号和一个语义属性集合相关联，将每个产生式和一组语义规则相关联，这些规则用于计算该产生式种各个文法符号的属性值

文法符号的属性：综合属性和继承属性

综合属性：

自下而上传递，综合属性的值由其子结点和其自身的的属性值确定。如产生式E->E1+T的语义规则是E.val=E1.val+T.val

继承属性：

自上而下传递，继承属性的值由此结点的父结点或者兄弟结点的某些属性值确定

综合属性

终结符可以具有综合属性。终结符的综合属性值是由词法分析器提供的词法值，因此在SDD中没有建瓯算终结符属性的语义规则

下面的图片中：digit是终结符，其综合属性值是由词法分析器提供的词法值lexval，圈起来的E表示的是expression表达式;通过第二三个语义规则可知，E的属性值是由它的子节点给的，同理，T和F也由其子节点决定，故三者都是综合属性

语法分析树：每个节点都带有属性值的分析树

继承属性

带有继承属性L.in的SDD：由第２　和３个式子可知，T．ｔｙｐｅ的值是根据产生式右边即子结点决定的，根据第一条和第4条可知，L.inh值是由其兄弟（一起出现在产生式右边的字母）或父亲（产生式左边的值）给的；addtype是副作用，其中终结符的属性lexval是由词法分析器提供的，它表示构成终结符id的的字符序列，功能是在符号表当中创造一条记录，并且将id的类型设置为L.inh所表示的类型，由于使用了id自身的属性和子节点，所以该副作用可以理解为虚综合属性的一条语义规则

属性文法

一个没有副作用的SDD有时也称之为属性文法，属性文法的规则仅仅通过其他属性值和常量来定义一个属性值

SDD求值顺序

SDD为CFG的文法符号设置语义属性。对于给定的输入串x，应用语义规则计算分析树中各结点对应的属性值

计算属性值的顺序思路：语义规则建立了属性之间的依赖关系，在对语法分析树节点的一个属性求值之前，必须首先求出这个属性值所依赖的所有属性值。

依赖图

依赖图：一个描述了分析树中结点属性间依赖关系的有向图

依赖关系：若b依赖于c,则箭头从c指向b

属性计算顺序实现：被依赖的结点计算顺序在依赖的结点前面，这样排序就将一个有向图变成一个线性排序，这个排序称之为拓补排序

对于只具有综合属性的SDD，可以按照任何自底向上的顺序计算他们的值

对于同时具有综合属性和继承属性的SDD，不能保证存在一个顺序来对各个节点上的属性进行求值

从计算的角度看，给定一个SDD，很难确定是否存在某棵语法分析树，使得SDD的属性之间存在循环依赖关系

幸运的是，存在一个SDD的有用子类，他们能够保证对每一棵语法分析树都存在一个求值顺序，因为它们不允许产生带有环的依赖图

5 属性文法

基本概念：

属性是描述语义的有效方法，由此发展而来的属性文法被人物为是上下文无关文法的扩充。

但属性并不是描述语义的有效方法，特别是程序设计语言的动态语义（程序的运行时特性）并不适合用属性文法来描述

上下文无关文法 + 语义规则

即在上下文无关文法基础上，为每个文法符号配备若干相关的“值”（属性）代表与文法符号相关信息，如类型、值、代码序列、符号表内容等等根据语义规则，属性可以计算和传递

S-属性文法的自下而上计算

        S-属性定义：只含有综合属性的SDD称为S属性的SDD，或者S-属性定义、S-SDD

        可以在分析输入符号串的同时由自下而上的分析器来计算

        扩充LR分析器的功能：当执行归约产生式的动作时，也执行产生式对应的语义动作；

        扩充分析栈：增加一个与分析栈并列的语义栈，用于存放分析栈中文法符号所对应的属性值。

L-属性文法和自顶而下翻译

L-属性定义（也称为L属性的SDD或L-SDD）的直观含义：在一个产生式所关联的各属性之间，依赖图的边可以从左到右，但不能从右到左（因此称为L属性的，L是left的首字母）。

每个S-属性都是L-属性定义

      这类属性文法允许我们通过一次遍历就可以计算出所有属性值——树的深度优先遍历

         如果对于每个产生式A→X1X2…Xn，其每个语义规则中的每个属性或者是综合属性，或者是Xj的一个继承属性且这个继承属性仅依赖于：

        （1）产生式Xj的左边符号X1,X2,…,Xj-1的属性

        （2）A的继承属性

反例：继承属性的倒数第一条，Q的值依赖于它右边符号R的属性值，故是非L属性的SDD