语义分析包括哪方面的分析(语义分析包括哪方面的分析_语言学)

投稿用户 • 2023年1月2日 06:59:01 • 阿里云主机 • 阅读 162

语义分析，是编译器前端的最后一个阶段。

所有没在语法分析中处理，而又在生成中间代码之前不得不做的事，都是在这个阶段处理的。

1，类型检查，

例如，if (1 = a) a++;

它的抽象语法树如下：

抽象语法树

if语句的抽象语法树有2-3个子节点，第1个是条件表达式，第2个是条件TRUE时的主体部分，第3个是条件为FALSE时的else部分（可以省略）。

上图只有前2个部分。

在语义分析时，把if的这些子节点挨个遍历一遍就行。

遍历时要使用递归去处理子节点的子节点，如果有的话。

当处理到赋值运算符=时，就可以发现它的左值1是个常量（不能被赋值），就可以发现这个语法错误。

所以编程书上都是建议把数字写在==的前面[呲牙]就是因为编译器在语义分析时很容易发现这类错误。

如果把变量写在==前面，而又手一抖把==写成了=，那就变成了if (a = 1)了，这个条件相当于if (1)恒为TRUE。

费劲查了2个小时的BUG，结果发现我居然能把代码写成这样，真是尴尬的不要不要的[捂脸]

2，自动类型转换（auto type cast），也是在语义分析阶段处理的。

例如：

int a = 1;

double d = a + 0.5;

自动类型转换

a = 1和d = a + 0.5是同一个顺序块里的2行代码。

d = a + 0.5，其中a的类型是int整数，0.5的类型是double常量，它们两个的类型并不一致，需要转换为同一个类型。

编程语言规定：当int和double进行运算的时候，需要把int转换为double，因为后者可以表达的数字范围比前者大，无论是从精度上还是大小上。

这里是一个自动类型转换，程序员几乎感觉不到，但编译器是要给抽象语法树添加上这个运算符的。

如上图，变量a与加号+之间多的那个cast::double，就是编译器自动添加的。

写在源代码里就是d = (double)a + 0.5;

在对上图的表达式进行语义分析的时候，编译器总是比较运算符两端的变量类型是否一致，并进行自动类型转换。

如果没法自动类型转换的话，就给程序员一个语法错误或警告的提示。

例如：T* p = malloc(sizeof(T));

在C++中因为类型检查太过严格，void*指针转换到T*时不能自动进行，就总是给提示error。

类型转换可以极大地减少运算时的操作数对的种类。

如果有N种变量类型，那么双目运算符面临的操作数对的种类就是N^2种，但类型转换之后就只剩下了N种。

这就是C语言之父设计出type cast的意义。

3，常量表达式的提前计算，

如果表达式里含有多个常量，就可以提前把它计算出来，以降低运行时的时间消耗。这个处理也是在语义分析阶段进行的。

4，运算符的重载，是在语义分析时处理的。

语义分析时，就可以确定运算符要处理的变量类型。如果至少其中一个是类对象的话，就可以把运算符改成对应的重载函数的调用。

运算符重载，矩阵乘法

这个处理步骤大概如下：

A，首先分析运算符的2个操作数的变量类型，

B，然后查找它们对应的类类型里是否有合适的重载函数，

C，然后修改抽象语法树，把乘法运算转换成函数调用，

D，如果有必要，对这两个实参进行类型转换。

5，函数调用链的处理，

在语义分析时，已经可以确定各个函数之间的调用关系了。

当函数调用链形成一个回路（环）时，说明存在递归调用。

快速排序的抽象语法树，简略版

函数调用链，在指针别名分析和自动内存管理时都是必须的。

6，全局变量、全局常量，

全局常量需要记录下来，最终写入.o文件的.rodata数据段。

全局变量需要计算出初始值来，最终写入.o文件的.data数据段。

在语义分析阶段，这两类数据已经都可以确定下来了。

struct dfa_module_t module_expr = {

.name = "expr",

.init_module = init_module_expr,

.init_syntax = init_syntax_expr,

};

这里的module_expr就是全局变量，它的名字字符串"expr"就是全局常量。

它的两个函数指针对应的函数init_module_expr()和init_syntax_expr()，也是“全局常量”。

当编译完成的时候，这两个函数的地址都是一个确定的无符号整数。

在语义分析阶段，并不能给出这3个全局常量的具体数值，但可以给出一个重定位符号，等待连接器处理。

抽象语法树（AST）是个多叉树，而且每个节点的叉数是不同的，每个节点的处理函数也是不同的，这就是语义。

语义分析的具体代码还是比较多的，scf编译器框架的语义分析包含2个主要文件：

scf_operator_handler_semantic.c，

scf_operator_handler_const.c，

大概4000行代码，它的主体是由各种语句类型的语义分析函数组成的数组。

具体的代码细节，就不再说了，有兴趣的可以去看看。

最后给个if语句的语义分析代码（它比较简单），如下2张图：

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