编译器设计 - 语义分析

我们已经了解了解析器如何在语法分析阶段构建解析树。在该阶段构建的普通解析树通常对编译器没有用处，因为它不包含任何有关如何评估树的信息。上下文无关语法的产生式（构成语言规则）并不适用于如何解释这些规则。

例如

E → E + T

上述 CFG 产生式没有与之相关的语义规则，并且无法帮助理解产生式。

语义

语言的语义为其构造（如标记和语法结构）提供意义。语义有助于解释符号、符号类型及其相互关系。语义分析判断源程序中构建的语法结构是否具有意义。

CFG + 语义规则 = 语法导向定义

例如：

int a = “value”;

不应在词汇和语法分析阶段发出错误，因为它在词汇和结构上是正确的，但它应该产生语义错误，因为赋值的类型不同。这些规则由语言的语法设置，并在语义分析中进行评估。语义分析中应执行以下任务：

• 范围解析
• 类型检查
• 数组绑定检查

语义错误

我们已经提到了语义分析器应该识别的一些语义错误：

• 类型不匹配
• 未声明的变量
• 保留标识符滥用。
• 在范围内多次声明变量。
• 访问范围之外的变量。
• 实际和形式参数不匹配。

属性语法

属性语法是一种特殊形式的上下文无关语法，其中某些附加信息（属性）附加到其一个或多个非终结符以提供上下文相关信息。每个属性都有明确定义的值域，例如整数、浮点数、字符、字符串和表达式。

属性语法是一种为上下文无关语法提供语义的媒介，它可以帮助指定编程语言的语法和语义。属性语法（当被视为解析树时）可以在树的节点之间传递值或信息。

示例：

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

CFG 的右侧部分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，并在分配或条件时进行评估。根据属性获取其值的方式，它们可以大致分为两类：合成属性和继承属性。

合成属性

这些属性从其子节点的属性值中获取值。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，则称其为合成属性，因为 ABC 的值被合成到 S。

如我们前面的示例 (E → E + T) 所示，父节点 E 从其子节点获取值。合成属性永远不会从其父节点或任何兄弟节点获取值。

继承属性

与合成属性相比，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 中获取值。B 可以从 S、A 和 C 中获取值。同样，C 可以从 S、A 和 B 中获取值。

扩展：根据语法规则将非终结符扩展为终结符

缩减：根据语法规则将终结符缩减为其对应的非终结符。语法树的解析顺序为自上而下、从左到右。每当发生归约时，我们都会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，这被称为属性 AST。

属性是两个元组值，<属性名称，属性值>

例如：

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

对于每个产生式，我们附加一个语义规则。

S 属性 SDT

如果 SDT 仅使用合成属性，则称为 S 属性 SDT。这些属性使用 S 属性 SDT 进行评估，其语义操作写在产生式之后（右侧）。

如上所示，S 属性 SDT 中的属性在自下而上的解析中进行评估，因为父节点的值取决于子节点的值。

L 属性 SDT

这种形式的 SDT 使用合成和继承属性，但限制不从右兄弟节点获取值。

在 L 属性 SDT 中，非终端可以从其父节点、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（合成）获取值。 A 只能从 S 中获取值。B 可以从 S 和 A 中获取值。C 可以从 S、A 和 B 中获取值。任何非终结符都不能从其右侧的兄弟节点中获取值。

L 属性 SDT 中的属性通过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。