【编译原理】第五章 语法制导翻译

第五章 语法制导翻译

5.1 语法制导翻译概述

将语义分析和中间代码生成统称为语义翻译，而语义翻译和语法分析统称为语法制导翻译

语法制导翻译使用CFG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包括1）如何表示语义信息？2）如何计算语义属性？

Q1：如何表示语义信息？

为CFG中的文法符号设置语义属性，用来表示语法成分对应的语义信息

比如说一个变量，它的属性包括变量的类型、存放位置和值等。

Q2：如何计算语义属性？

文法符号的语义属性值是用与文法符号所在产生式 （语法规则）相关联的语义规则来计算的 。

对于给定的输入串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 中各结点对应的语义属性值。

将语义规则同语法规则（产生式）联系起来要 涉及两个概念：

语法制导定义( Syntax-Directed Definitions, SDD )

语法制导翻译方案( Syntax-Directed Translation Scheme , SDT )

语法制导定义(SDD)

SDD是对CFG的推广：

• 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中各文法符号的属性值

如果X是一个文法符号，a是X的一个属性，则用 X.a表示属性a在某个标号为X的分析树结点上的值

上述基础规则为一个定义变量的产生式，T的属性包括type，L和L1表示同一个符号，由第一个语义规则得出L的inh属性由T的type属性定义。

语法制导翻译方案(SDT)

SDT是在产生式右部嵌入了程序片段的CFG，这 些程序片段称为语义动作。按照惯例，语义动作放在花括号内。

第一句表示：当我们分析出T的时候，我们就可以利用T的type值来计算L的inh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

SDD与SDT

SDD

• 是关于语言翻译的高层次规格说明
• 隐蔽了许多具体实现细节，使用户不必显式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
• 显式地指明了语义规则的计算顺序，以便说明某些实现细节

5.2 SDD——语法制导定义

5.2.1 综合属性和继承属性

SDD可以将每个文法符号和一个语义属性集合相关联，而文法符号的属性可以分为两种：（1）综合属性(synthesized attribute) ；（2）继承属性(inherited attribute)

（1）综合属性(synthesized attribute) **
在分析树结点N上的非终结符A的综合属性只能通过N的子结点或N本身的属性值来定义
产生式 E → E1 + T
语义规则 E.val =E1.val + T.val

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中没有计算终结符属性值的语义规则。

**（2）继承属性(inherited attribute) **

在分析树结点N上的非终结符A的继承属性只能通过 N的父结点、N的兄弟结点或N本身的属性值来定义 。

产生式 D →T L

语义规则 L.inh= T.typeL

终结符没有继承属性。终结符从词法分析器处获得的属性值被归为综合属性值。

例：带有综合属性的SDD

其中print(E.val) 为副作用，只是表示打印当前E的值，并不进行属性传递。

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

例：带有继承属性L.in的SDD

其中L.inh=real由兄弟节点传递过来，又传递给子节点。

5.2.2 SDD的求值顺序

SDD为CFG中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。

Q：按照什么顺序计算属性值？

A：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。

他们的依赖关系可以使用依赖图来表示，依赖图是一个描述了分析树中结点属性间依赖关系的有向图 ，分析树中每个标号为X的结点的每个属性a都对应 着依赖图中的一个结点 ，如果属性X.a的值依赖于属性Y.b的值，则依赖图 中有一条从Y.b的结点指向X.a的结点的有向边。

如上图中的依赖图，节点右边的属性为综合属性，节点左边的为继承属性。

对于只具有综合属性的SDD，可以按照任何自 底向上的顺序计算它们的值；对于同时具有继承属性和综合属性的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；

如：

此时产生了环就无法保证有一个顺序对属性进行推导，如果图中没有环，那么至少存在一个拓扑排序，存在拓扑序列的才可以分析。

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，它们能够保证对每棵语法分析树都存在一个求值顺序，因为它们不允 产生带有环的依赖图，不仅如此，接下来介绍的两类SDD可以和自顶向下及自 底向上的语法分析过程一起高效地实现 ：

• S-属性定义(S-Attributed Definitions, S-SDD)
• L-属性定义(L-Attributed Definitions, L-SDD)

5.2.3 S-属性定义与L-属性定义

S-属性

仅仅使用综合属性的SDD称为S属性的SDD，或S-属性定义、 S-SDD

如果一个SDD是S属性的，可以按照语法分析树节点的任何 自底向上顺序来计算它的各个属性值 。

L-属性

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)

一个SDD是L-属性定义，当且仅当它的每个属性要 么是一个综合属性，要么是满足如下条件的继承属 性：假设存在一个产生式A→X1X2…Xn，其右部符 号Xi (1≤i≤n)的继承属性仅依赖于下列属性：

• A的**继承属性 **
• 产生式中Xi左边
• Xi本身的属性，但Xi 的全部属性不能在依赖图中形成环路

每个S-属性定义都是L-属性定义

5.3 SDT——语法制导翻译方案

语法制导翻译方案(SDT)是在产生式右部中嵌入了 程序片段(称为语义动作)的CFG。SDT可以看作是SDD的具体实施方案，本节主要关注如何使用SDT来实现两类重要的SDD， 因为在这两种情况下，SDT可在语法分析过程中实现 ：

• 基本文法可以使用LR分析技术，且SDD是S属性的
• 基本文法可以使用LL分析技术，且SDD是L属性的

5.3.1 S-SDD转换为SDT

将一个S-SDD转换为SDT的方法：将每个语义动作 都放在产生式的最后。例如：

即在规约的时候执行语义动作

如果一个S-SDD的基本文法可以使用LR分析技术， 那么它的SDT可以在LR语法分析过程中实现 。

为了在进行LR分析的同时进行语义分析，需要将语义动作中的抽象定义式改写成具体可执行的栈操作
先将top-2给A，然后将top-2，top-1，top的值相加后给到top-2，最终把top-2的设置为top的操作。

下图是一个SLR自动机以及相应的语义动作：

之所以第二个语义动作中使用top-2，是因为+号也算一个符号，而并不是作为一个数参与到其中，所以没有top-1。

假设输入为3*5+4，则分析过程如下：

5.3.2 L-SDD转换为SDT

将L-SDD转换为SDT的规则：

• 将计算某个非终结符号A的继承属性的动作插入到产生式右部中紧靠在A的本次出现之前的位置上
• 将计算一个产生式左部符号的综合属性的动作置在这个产生式右部的最右端

如果一个L-SDD的基本文法可以使用LL分析技术， 那么它的SDT可以在LL或LR语法分析过程中实现 ：

• 在非递归的预测分析过程中进行语义翻译
• 在递归的预测分析过程中进行语义翻译
• 在LR分析过程中进行语义翻译

5.3.3 在非递归的预测分析过程中进行语义翻译

扩展语法分析栈：

例：

语义翻译过程为：

5.3.4 在递归的预测分析过程中进行语义翻译

为每个非终结符A构造一个函数，A的每个继承属性对应该函数的一个形参， 函数的返回值是A的综合属性值 。对出现在A产生式右部中的 每个文法符号的每个属性 都设置一个局部变量。

上图为非终结符T’的函数，T’inh为继承属性，所以作为形参，对出现在A产生式右部中的 每个文法符号的每个属性 都设置一个局部变量。

类似的非终结符T的函数为：

主函数为：

非终结符A的代码根据当前的输入决定使用哪个产 生式

5.3.5 在LR分析过程中进行语义翻译

如果一个文法是LL的，则可以进行转化。给定一个以LL文法为基础的L-SDD，可以 修改这个文法，并在LR语法分析过程中计 算这个新文法之上的SDD。

修改后的SDT， 所有语义动作都 位于产生式末尾，此时分析过程为：