编译原理-中间代码的生成

一、中间代码简介

1. 中间代码应具备的特性：
   1）便于语法制导翻译
   2）既与机器指令的结构相近,又与具体机器无关

2. 使用中间代码的好处:
   1）一是便于编译器程序的开发和移植
   2）二是代码进行优化处理

3. 中间代码的主要形式：后缀式、树、三地址码等

最基本的中间代码形式是树；
最常用的中间代码形式是三地址码，它的实现形式常采用四元式形式。

符号表是帮助声明语句实现存储空间分配的重要数据结构

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1.1 后缀式

操作数在前，操作符紧随其后，无需用括号限制运算的优先级和结合性；便于求值

1.2 三地址码

① 三元式 形式： (i) (op, arg1, arg2)

三地址码：(i):= arg1 op arg2

序号的双重含义：既代表此三元式，又代表三元式存放的结果

存放方式：数组结构，三元式在数组中的位置由下标决定

弱点：给代码的优化带来困难

② 四元式 形式： ( i ) (op，arg1，arg2，result)

所表示的计算： result:= arg1 op arg2

四元式与三元式的唯一区别：将由序号所表示的运算结果改为：用(临时)变量来表示。

此改变使得四元式的运算结果与其在四元式序列中的位置无关.为代码的优化提供了极大方便，因为这样可以删除或移动四元式而不会影响运算结果.

③ 树形表示

1> 语法树真实反映句子结构，对语法树稍加修改（加入语义信息），即可以作为中间代码的一种形式(注释语法树)
2> 树的优化表示－DAG
3> 树与其他中间代码的关系

树表示的中间代码与后缀式和三地址码之间有内在联系

1. 树 → 后缀式
   ​方法：对树进行深度优先后序遍历，得到的线性序列就是后缀式，或者说后缀式是树的一个线性化序列；
2. 树 → 三元式/四元式
   特点：树的每个非叶子节点和它的儿子对应一个三元式或四元式；
   方法：对树的非叶子节点进行深度优先后序遍历，即得到一个三元式或四元式序列。

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二、符号表简介

• 符号表的作用：连接声明与引用的桥梁，记住每个符号的相关信息，如作用域和类型等，帮助编译的各个阶段正确有效地工作。
• 符号表的基本目标：有效记录信息、快速准确查找。
• 符号表设计的基本要求：
  • 正确存储各类信息；
  • 适应不同阶段的需求；
  • 便于有效地进行查找、插入、删除和修改等操作；
  • 空间可以动态扩充.

（1）构成名字的字符串

构成名字的字符串的存储方式：直接存储—定长数据(直接将构成名字的字符串放在符号表条目中)和间接存储—变长数据(将构成名字的字符串统一存放在一个大的连续空间内，字符串与字符串之间采用特殊的分隔符隔开，符号表条目中仅存放指向该字符串首字符的指针).

（2）名字的作用域

☆ 程序语言范围的划分可以有两种划分范围的方式：并列和嵌套

☆ 名字的作用域规则：规定一个名字在什么样的范围内应该表示什么意义

<1> 静态作用域规则（static-scope rule）：编译时就可以确定名字的作用域,即仅从静态读程序就可确定名字的作用域
<2> 最近嵌套规则（most closely nested）：名字的声明在离其最近的内层起作用

（3）线性表

符号表以栈(线性表)的方式组织.

线性表上的操作：查找、插入、删除、修改

查找：从表头(栈顶)开始，遇到的第一个符合条件的名字；插入：先查找，再加入在表头（栈顶）；

关键字 = 名字＋作用域；

（4）散列表

名字挂在两个链上(便于删除操作)：
操作：查找、插入、删除

散列链(hash link)： 链接所有具有相同hash值的元素，表头在表头数组中；

作用域链(scope link)：链接所有在同一作用域中的元素，表头在作用域表中.

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三、声明语句的翻译

（1）变量的声明

一个变量的声明应该由两部分来完成：类型的定义和变量的声明

• 类型定义：为编译器提供存储空间大小的信息
• 变量声明：为变量分配存储空间
• 组合数据的类型定义和变量声明：定义与声明在一起，定义与声明分离.

1> 简单数据类型的存储空间是预先确定的，如int可以占4个字节，double可以占8个字节，char可以占1个字节等
2> 组合数据类型变量的存储空间，需要编译器根据程序员提供的信息计算而定.

（2） 过程

1．过程（procedure）：过程头(做什么) ＋  过程体(怎么做)；
   - 函数:  有返回值的过程
   - 主程序:  被操作系统调用的过程/函数

2．过程的三种形式：过程定义、过程声明和过程调用。
   过程定义：过程头+过程体；
   过程声明：过程头；

3. 左值与右值 
   1> 直观上，出现在赋值号左边和右边的量分别称为左值和右值；
   2> 实质上，左值必须具有存储空间，右值可以仅是一个值，而没有存储空间.
   3> 形象地讲，左值是容器，右值是内容.
   
4. 参数传递
   1> 形参与实参
        - 声明时的参数称为形参(parameter或formal parameter)
        - 引用时的参数称为实参(argument或actual parameter)
   2> 常见的参数传递形式：（不同的语言提供不同的形式）
        - 值调用（call by value）---过程内部对参数的修改，不影响作为实参的变量原来的值.
        - 引用调用（call by reference）--- 过程内部对形参的修改，实质上是对实参的修改.
        - 复写－恢复（copy-in/copy-out）--- ① 过程内对参数的修改不直接影响实参，避免了副作用;
                                          ② 返回时将形参内容恢复给实参，实现参数值的返回.
        - 换名调用（call by name）--- 宏调换
   3> 参数传递方法的本质区别： 实参是代表左值、右值、还是实参本身的正文.
   
5. 作用域信息的保存
☆ 能够画出嵌套过程的嵌套关系树,根据语法制导翻译画出分析树,写出推导步骤,构造的符号表

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四、简单算术表达式与赋值句

主要是变量类型的转换

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五、数组元素的引用

（1）数组元素的地址计算：注意是行主存储还是列主存储
（2）数组元素引用的语法制导翻译

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六、布尔表达式

布尔表达式的计算有两种方法：数值表示的直接计算和逻辑表示的短路计算

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七、控制语句

控制语句的分类：①无条件转移、②条件转移、③循环语句、④分支语句

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参考文章：编译原理知识汇总