编译器设计 - 语义分析

我们已经学习了在语法分析阶段解析器如何构建语法树。在该阶段构建的普通语法树通常对编译器没有用处，因为它不包含任何关于如何评估树的信息。上下文无关语法的产生式，它构成了语言的规则，并没有包含如何解释它们的规则。

例如

E → E + T

上述 CFG 产生式没有与其关联的语义规则，它无法帮助理解产生式。

语义

语言的语义为其结构（如标记和语法结构）提供含义。语义有助于解释符号、它们的类型以及它们彼此之间的关系。语义分析判断源程序中构建的语法结构是否有意义。

CFG + semantic rules = Syntax Directed Definitions

例如

int a = “value”;

不应该在词法和语法分析阶段发出错误，因为它在词法和结构上是正确的，但它应该生成语义错误，因为赋值的类型不同。这些规则由语言的语法设定并在语义分析中进行评估。语义分析中应执行以下任务

我们已经提到了一些语义分析器预期识别的语义错误

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属性文法是上下文无关文法的一种特殊形式，其中一些附加信息（属性）被附加到一个或多个非终结符上，以提供上下文相关信息。每个属性都有一个定义良好的值域，例如整数、浮点数、字符、字符串和表达式。

属性文法是为上下文无关文法提供语义的一种媒介，它可以帮助指定编程语言的语法和语义。属性文法（当被视为语法树时）可以在树的节点之间传递值或信息。

例子

E → E + T { E.value = E.value + T.value }

CFG 的右侧包含指定如何解释语法的语义规则。这里，非终结符 E 和 T 的值相加，结果复制到非终结符 E。

语义属性可以在解析时从其域中分配给它们的值，并在赋值或条件时进行评估。根据属性获取其值的方式，可以将其大致分为两类：综合属性和继承属性。

这些属性从其子节点的属性值获取值。为了说明，假设以下产生式

S → ABC

如果 S 从其子节点 (A,B,C) 获取值，则称其为综合属性，因为 ABC 的值被综合到 S 中。

在我们之前的示例 (E → E + T) 中，父节点 E 从其子节点获取其值。综合属性永远不会从其父节点或任何兄弟节点获取值。

与综合属性相反，继承属性可以从父节点和/或兄弟节点获取值。如以下产生式所示，

S → ABC

A 可以从 S、B 和 C 获取值。B 可以从 S、A 和 C 获取值。同样，C 可以从 S、A 和 B 获取值。

扩展：当非终结符根据语法规则扩展为终结符时

归约：当终结符根据语法规则归约为其相应的非终结符时。语法树自顶向下、从左到右进行解析。每当发生归约时，我们都应用其相应的语义规则（动作）。

语义分析使用语法制导翻译来执行上述任务。

语义分析器从其前一阶段（语法分析）接收 AST（抽象语法树）。

语义分析器将属性信息附加到 AST，这些信息称为带属性的 AST。

属性是二元组值，<属性名称，属性值>

例如

int value  = 5;
<type, “integer”>
<presentvalue, “5”>

对于每个产生式，我们都附加一个语义规则。

如果 SDT 仅使用综合属性，则称为 S 属性 SDT。这些属性使用 S 属性 SDT 进行评估，这些 SDT 的语义操作写在产生式（右侧）之后。

如上所示，S 属性 SDT 中的属性在自底向上解析中进行评估，因为父节点的值取决于子节点的值。

这种形式的 SDT 使用综合属性和继承属性，但限制不能从右侧兄弟节点获取值。

在 L 属性 SDT 中，非终结符可以从其父节点、子节点和兄弟节点获取值。如以下产生式所示

S → ABC

S 可以从 A、B 和 C 获取值（综合）。A 只能从 S 获取值。B 可以从 S 和 A 获取值。C 可以从 S、A 和 B 获取值。任何非终结符都不能从其右侧的兄弟节点获取值。

L 属性 SDT 中的属性以深度优先和从左到右的解析方式进行评估。

我们可以得出结论，如果一个定义是 S 属性的，那么它也是 L 属性的，因为 L 属性定义包含 S 属性定义。

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