编译程序原理与实现：第7章 中间代码生成(1)

• 赋值
• (ASSIG, id1, n, id2) --- 把id1的值赋值给id2(长度为n)
• I/O 操作
• (READI, _ , _ , id)
--- 输入整数到id
• (READF, _ , _ , id)
--- 输入实数到id
• (WRITE, _ , _ , id)
--- 把id的值输出
中间代码生成在编译器中的作用
词法分析 语法分析 语义分析
分析
目标代码生成 中间代码优化
中间代码生成
合成
中间代码生成
• 中间代码生成是将源程序翻译成等价中间表示的过程 • 中间代码生成 不是编译程序的必经阶段
• 生成中间代码的目的有二：
• 增强语言的可移植性 • 进行中间代码级别的优化
• 中间代码生成方法：
－带括号表达式的后缀式生成
• 注意: 任何运算符的优先级都大于 ‘(’;
• (1)初始化: S1和S2为空; (2) 读token: tk=ReadOne();
• (3) Switch tk of
•
(i) #: if (S1为空) exit;
•
else while (S1不为空)
/*产生剩余运算符的后缀表示*/
• 临时变量的层数为－1，偏移为编号，mode ＝ dir或indir
为便于阅读, 课件和书中用对应的变量名, 函 数名或者标号, 值等代替相应的FORM结构
作业
• 请写出下列表达式的后缀式表示.
• (a * (b-d) + d) * a + (c-e)/d • (a+b) *(c+d) – (a+b+c)
• 源程序级别优化取决于用户对算法的取舍 • 编译程序可进行中间代码和目标代码上的优化
• 中间代码级别优化：
• 循环内下标变量地址的计算
• 常表达式节省 • 公共子表达式节省 • 循环A[m][n],t;
• for(int i= 0; i<m; i++;)
• for(int j=0;j<n; j++)
第七章 中间代码生成
7.1 几种常见的中间代码表示 7.2 中间代码生成中的几个问题 7.3 表达式的中间代码生成 7.4 原子语句的中间代码生成 7.5 结构语句的中间代码生成 7.6 声明的中间代码生成
7.1 常见的中间表示
后缀式，逆波兰式
抽象语法树 AST(abstract syntax tree)
•
{ op = pop(S1,1); (str1, str2)=pop(S2,2);
•
push(S2, str2+str1 + “op”);
•
}
•
push(S1,tk); goto (2);
•
}
生成后缀式的例子
中缀式表达式 : a * d + b * c + e #
运算符栈 S1
运算分量栈 S2
由Token序列生成后缀式（2）－－
• 表达式运算四元式 (op, id1,id2,ti),op可以是：
• ADDI, ADDF, SUBI, SUBF, MULTI, MULTF,
• DIVI, DIVF, MOD,
• AND, OR, NOT, EQ, NE, GT, GE, LT, LE
• 类型转换
• (FLOAT, id1, _ , id2) --- 把整数id1转换成实数,并赋值给id2
常用四元式
地址加
– (AADD, id1, id2, id3) --- id1对应的地址加上id2后得到的地 址赋值给id3
标号
– (LABEL, _, _, label) 位置
--- 定义label为标号,并且定位于当前
跳转
– (JUMP, _, _, label)
--- 无条件转向标号label
--- 函数出口
• (CALL, f, true/false, Result) --- 调用函数f,返回值给Result
• (RETURN, -,-, -)
• (RETURN, -,-, t)
• 传递参数
• (VARACT, id, offset, size )
--- 传地址
• (VALACT, id, offset, size )
• 基于Token序列 • 基于抽象语法树 • 语法制导的翻译方法：属性文法和动作文法
生成中间代码后，修改编译器后端，可将编译 器移植到不同的机器上
中
M1
语
间代
源程序
义
词 法 分
Token
析 序列
器
语 法 分 析 器
语法 分析 树
分 析 器
码生 成 中间代码 器
…
Mn
中间代码级别的优化
• 程序(代码)优化分为源程序级别优化、中间代码级别优 化、目标代码级别优化
• 如何由中缀式转为后缀式？
由抽象语法树生成后缀式
中缀式: a*d + b*c + e
+
+
e
*
*
a
d
b
c
抽象语法树
后根遍历生成后缀式:
ad*bc*+e+
先根遍历生成前缀式:
++*ad*bce
由Token序列生成后缀式（1）--不带括号表达式的后缀式生成
• (1) 初始化: S1和S2为空;
//S1是运算符栈，S2是运算分量栈
• 三地址中间代码
• 三地址:两个操作分量和一个结果的抽象地址;
• 为方便起见, 通常用变量名代替抽象地址;
• 三元式
• No. (op, operand1, operand2) • 编号 (操作符, 操作分量1, 操作分量2) • 其中操作分量可以是变量名(抽象地址)或者编号
• 四元式
• (op, operand1, operand2, result) • (操作符, 操作分量1, 操作分量2, 结果) • 其中操作分量可以是变量名(抽象地址)或者临时变量(抽象地址)
---循环体开始标记
• (ENDWHILE, _ , _ , _ ) --- WHILE语句结束标记
操作分量的抽象地址
• 操作分量的种类
• 数值类－整数或者实数 • 标号类－标号和过程/函数入口 • 地址类－变量和临时变量
• 层数，偏移，存取方式
• 操作分量的FORM结构 --- 内部数据结构
• 数值类：数据值 • 标号类: 标号值或过程/函数的入口地址 • 变量: (level, offset, mode)
无环有向图 DAG(directed acyclic graph)
三元式 四元式
三地址中间代码
7.1 常见的中间表示
• 后缀式(逆波兰式)
• 通常用于表达式的中间表示 • 中缀 (运算符在操作数的中间)
• a*b
• 前缀式(运算符在操作数的前面)
• *ab
• 后缀式(运算符在操作数的后面)
• ab*
•
{
•
t = A[i][j];
•
A[i][j] = A[j][i];
•
A[j][i] = t;
•
}
(subi,i,0,t1) (multi,t1,n,t2) (multi,t2,1,t3) (aadd,A,t3,t4) (subi,j,0,t5) (multi,t5,1,t6) (multi,t6,1,t7) (aadd,t4,t7,t8)
三地址代码的例子
a*d + b*c + e
三元式
(1) (*, a, d) (2) (*, b, c) (3) (+, (1), (2)) (4) (+, (3), e)
四元式
(*, a, d, t1) (*, b, c, t2) (+, t1, t2, t3) (+, t3, e, t4)
常用四元式
•
{ push (tk, S1);goto(2); }
• )))
else { while(tk小于等于Top(S1) && Top(S1) ≠ ‘(’ && S1不为空
•
{ op = pop(S1,1); (str1, str2)=pop(S2,2);
•
push(S2, str2+str1 + “op”); } goto(2); }
//str1是左操作数，str2是右操作数，
•
(ii)运算分量: push(S2,tk); goto (2);
•
(iii)运算符: if (S1为空 || tk优先级大于Top(S1))
•
{ push (S1,tk); goto(2);}
•
else { while(tk小于等于Top(S1) && S1不为空))
• (iv) ‘)’: while (Top(S1) ≠ ‘(’ ) {op = pop(S1,1); (str1, str2)=pop( S2,2);
•
push(S2, str2+str1 + “op”);}
•
pop(S1,1); goto (2);
带括号表达式的后缀式例子
中缀式表达式: (a + (d + b) * c ) + e #
--- 传值
• 结构语句
• (THEN, t ,_ ,_ )
--- THEN分支标记
• (ELSE, _ , _ ,_ )
--- ELSE分支标记
• (ENDIF, _ , _ , _ )
--- IF语句结束四元式
• (WHILE, _ , _ , _ )
---WHILE语句开始标记
• (DO,t,_ ,_ )
后缀式: a d b + c * +e +
Operator stack 运算符栈 S1
Operand stack 运算分量栈 S2
7.1 常见的中间表示
• 抽象语法树-AST • 无环有向图-DAG(共享的AST)
a*c + a*c + e
+
+
+
e
+
e
*
*
*
*
a
c
a
c
a
c
a
c
AST
DAG
7.1 常见的中间表示
• (2) 读token: tk=ReadOne();
• (3) Switch tk of
•
(i) #: if (S1为空) exit;
•
else while (S1不为空) /*产生剩余操作符的后缀表示*/
•
{op = pop(S1,1); (str1,str2)=pop(S2,2); push(S2, str2 + str1+ “op”);}
– (JUMP0, id, _, label) --- 如果id为假则转向标号label
– (JUMP1, id, _, label) --- 如果id为真则转向标号label
常用四元式
• 函数
• (ENTRY, label, size, level)
--- 函数入口
• (ENDFUNC, -,-,-)
• {op = pop(S1,1); (str1, str2)=pop(S2,2); push(S2, str2 + str1 + “op” );}
•
(ii)运算分量: push(tk, S2); goto (2);
•
‘(’ : push(‘(‘, S1); goto (2);
•
(iii)运算符: if (S1为空 || tk优先级大于Top(S1))