属性文法和语法制导翻译
??截至到上一章，說完了語法分析的全部內(nèi)容。從第一章的結(jié)構(gòu)圖可以了解到，緊接著語法分析的是語義分析與中間代碼的生成。書中用了兩章講述該內(nèi)容（屬性文法和語法制導(dǎo)翻譯、語義分析和中間代碼生成）。本節(jié)描述的主要是進(jìn)行語法分析與中間代碼的生成的一些儲備知識。
??先聊聊語法分析和本章的關(guān)系：在第一章的時候，我們講述了“遍”的概念。之前只是簡單的說了可將語法分析與中間代碼生成放到一遍中完成，這章的內(nèi)容就會解釋到其原因。也可分為自上而下和自下而上兩種類型。會在后續(xù)的內(nèi)容里慢慢體現(xiàn)。
??回到本章來，希望通過看完這篇文章能夠明白以下幾個問題：
????1. 什么是屬性文法及屬性文法的構(gòu)造方法
????2. 什么是語法制導(dǎo)翻譯及特殊類型“翻譯模式”的構(gòu)造
??本章有許多概念性的東西，我先在此進(jìn)行列舉作為關(guān)鍵詞：語法制導(dǎo)翻譯、屬性文法、綜合屬性、繼承屬性、抽象語法樹、S-屬性文法、L-屬性文法、翻譯模式。
語法制導(dǎo)翻譯
??通過對語法制導(dǎo)翻譯名字的由來的解釋可明白其與語法分析的關(guān)系了吧！我理解的語法制導(dǎo)翻譯就是在原來語法分析的各個節(jié)點(diǎn)賦予其獨(dú)特的含義，該含義就是語義。有這么一個例子說明語法和語義之間的關(guān)系：名字和標(biāo)識符的區(qū)別。標(biāo)識符是語法的概念、名字是語義的概念。一個標(biāo)識符比如Jordan，可能是籃球運(yùn)動員邁克爾喬丹的名字，也可能是國家約旦的名字。不過如果賦予其含義，比如籃球運(yùn)動員，Jordan就變成了獨(dú)特意義的球星名。
屬性文法
??在上下文無關(guān)文法的基礎(chǔ)上，為每個文法符號（終結(jié)符和非終結(jié)符）配備若干相關(guān)的“值”（也稱屬性），對于文法的每個產(chǎn)生式都配備了一組屬性的計算規(guī)則（語義規(guī)則），這種文法稱為屬性文法。
??從上面的定義看到核心內(nèi)容就是屬性，什么叫屬性呢？比如變量的類型（int/char…），變量的值(1,2…)等等都可算作屬性。所以屬性是各種各樣的，組合起來也是極其復(fù)雜的。屬性文法依托于上下無關(guān)文法，即文法是由產(chǎn)生式所定義的，各個屬性間的關(guān)系也離不開產(chǎn)生式。課本上為了內(nèi)容直觀，只介紹了兩種屬性：綜合屬性和繼承屬性（屬性不止這兩類，但這兩種比較基礎(chǔ)）。
??屬性文法一般的表示方法如下（一條規(guī)則對應(yīng)的語義規(guī)則可以不唯一）：
綜合屬性
??用于自下而上傳遞信息；在語法樹中，一個結(jié)點(diǎn)的綜合屬性由其子結(jié)點(diǎn)的屬性值確定，因此，通常使用自底向上的方法在每一個結(jié)點(diǎn)處使用語義規(guī)則計算綜合屬性的值。
繼承屬性
??用于自上而下傳遞信息；在語法樹中，一個結(jié)點(diǎn)的繼承屬性由此結(jié)點(diǎn)的父結(jié)點(diǎn)或兄弟結(jié)點(diǎn)的某些屬性確定。
綜合屬性和繼承屬性的主要區(qū)別是依賴關(guān)系不同。一般來說，綜合屬性在自底向上的語法分析過程中計算，而繼承屬性在自上而下的語法分析過程中計算。其實繼承屬性也可以在自底向上的語法分析過程計算，但應(yīng)用較少。
??再形式化的說明下屬性的計算規(guī)則吧：
??從上面可以看出一個普遍規(guī)律就是：繼承屬性總是由位于產(chǎn)生式右邊的字符定義，而綜合屬性由左邊定義。其實這個是封裝性的要求。限制了在一個產(chǎn)生式范圍內(nèi)只能計算產(chǎn)生式左邊非終結(jié)符的綜合屬性，只能計算產(chǎn)生式右邊非終結(jié)符的繼承屬性。后面的例題會著重體現(xiàn)這點(diǎn)！
??在屬性文法中有一些是需要特別注意的，我放張圖上來，對容易混淆的做特別解釋：
??注意最后一點(diǎn)中：綜合屬性由子節(jié)點(diǎn)決定，繼承屬性由父節(jié)點(diǎn)及兄弟節(jié)點(diǎn)決定。那在語法分析樹中，葉子節(jié)點(diǎn)沒有子節(jié)點(diǎn)，根節(jié)點(diǎn)也沒有兄弟或父節(jié)點(diǎn)。所有做了一些特殊規(guī)定：葉子結(jié)點(diǎn)的綜合屬性事先準(zhǔn)備好（由詞法分析器提供，葉子節(jié)點(diǎn)一般都是變量值這類的），根節(jié)點(diǎn)不是無繼承屬性，而是根節(jié)點(diǎn)的繼承屬性只能預(yù)先給出。
??前面說到了語法制導(dǎo)翻譯，下面結(jié)合屬性文法做更為詳細(xì)的說明：
??基于屬性文法的處理過程通常是：對單詞符號串進(jìn)行語法分析，構(gòu)造語法分析樹，然后根據(jù)需要遍歷語法分析樹，并在語法分析樹的各結(jié)點(diǎn)處按語義規(guī)則進(jìn)行計算。
??看完上面這段話，需要明白一個事兒，疑惑一個事兒。明白的是屬性文法的構(gòu)造是根據(jù)具體的輸入字符串，建立相應(yīng)的語法分析樹決定的。疑惑的是選擇什么樣的方式去遍歷語法分析樹呢？（答案是深度優(yōu)先搜索）
??該圖是整個語法制導(dǎo)翻譯的步驟圖，我們先來解釋下依賴圖：
??依賴圖：一種有向圖，在一顆語法樹中表示結(jié)點(diǎn)的繼承屬性和綜合屬性之間的相互依賴關(guān)系（這種屬性之間的依賴關(guān)系由文法的語義規(guī)則確定）。
??依賴圖構(gòu)造的算法如下：
??其實依賴圖很直觀，就是當(dāng)前要求的那個值是哪里傳送過來的（有點(diǎn)類似，需要的數(shù)據(jù)都傳過來，匯總到一起進(jìn)行運(yùn)算）。
??依賴圖中有一類特殊情況：兩個節(jié)點(diǎn)相互依賴，形成循環(huán)（這其實是不利于我們進(jìn)行分析的）。
??如果屬性文法不存在屬性之間循環(huán)的依賴關(guān)系，那么稱該文法為良定義。像下面這樣：
??下面舉個例子，對上面內(nèi)容進(jìn)行一個整合：
??第一眼看上去有點(diǎn)凌亂（例6.4和例6.5在一起了，我們的目標(biāo)是例6.4哈），我們梳理一下啊~先分清我們有什么？要求什么？已知的是屬性文法（即產(chǎn)生式及語義規(guī)則的對應(yīng)）和輸入的一個字符串(real id1, id2, id3)。要求的是這個字符串對應(yīng)的分析樹中各節(jié)點(diǎn)的屬性。
??首先按照輸入的字符及產(chǎn)生式把語法分析樹畫出來（這就考驗前面的基礎(chǔ)了）。接著需要求出每個節(jié)點(diǎn)的屬性（或是綜合屬性，或是繼承屬性）。按照前面的判斷法則，可知T.type是綜合屬性(產(chǎn)生式2，3)，L.in是繼承屬性（產(chǎn)生式1，4 特別注意第四個產(chǎn)生式的兩個L進(jìn)行標(biāo)號區(qū)分。接著從下往上，對于最底層的葉子節(jié)點(diǎn)按照已知（L->id 中id entry即為已知），在使用時直接賦值即可。
??每個節(jié)點(diǎn)可能會有屬性，也可以有多個屬性。每個屬性都要進(jìn)行計算，按照什么樣子的順序呢？這就是拓?fù)渑判?#xff0c;如果a依賴b，則b排在a的前面。本質(zhì)就是被依賴的屬性要先被計算出來。
??前面提到遍歷樹是通過深度優(yōu)先搜索實現(xiàn)的，但有兩個前提條件：
??滿足前提條件，即可用下面的算法執(zhí)行：
抽象語法樹
??（為什么需要抽象語法樹呢？其實抽象語法樹是一種中間代碼形式，很多編譯器為了優(yōu)化都先生成抽象語法樹，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化）
??需要在此提前說明抽象語法樹不同于語法分析樹，經(jīng)常叫其簡稱。對應(yīng)關(guān)系如下：
????抽象語法樹——語法樹
????語法分析樹——分析樹
??抽象語法樹概念如下：
???表示程序?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)的樹，它把分析樹中對語義無關(guān)緊要的成分去掉，是語法樹的抽象形式，也稱作語法結(jié)構(gòu)樹，或結(jié)構(gòu)樹。抽象語法樹是常用的一種中間表示形式。
??特別注意：在抽象語法樹中，運(yùn)算符號和關(guān)鍵字都不在葉結(jié)點(diǎn)，而是在內(nèi)部結(jié)點(diǎn)中出現(xiàn)。
??舉個例子：
??建立抽象語法樹主要有三個函數(shù)（利用該三個函數(shù)就可以完成整個抽象語法樹的構(gòu)造）：
??用抽象語法樹來表示的屬性文法就像下面這樣（使用節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造表示語義規(guī)則）：
注意下：對于T->(E)這種情況，可忽略()的存在，直接賦值
S-屬性文法(simple)
??S-屬性文法是只包含綜合屬性，所以對于S屬性文法的計算是結(jié)合著自下而上進(jìn)行的。實際實現(xiàn)時S-屬性文法是結(jié)合LR分析器完成的（再次體現(xiàn)了一遍的思想），不同的地方是在棧中增加了一個存放屬性的域，結(jié)構(gòu)如下：
??規(guī)約時，就把產(chǎn)生式右邊符號出棧規(guī)約為左側(cè)符號，并把對應(yīng)屬性放入域中：
??對于S-屬性文法，主要存在一種提醒，就是伴隨著LR分析，填充棧表信息。我這里放一道完整的例題了。
L-屬性文法
??L-屬性文法的定義如下：
??如果?A→X1X2…Xn?P，其每一個語義規(guī)則中的每一個屬性都是一個綜合屬性，或是Xj(1?j ? n)的一個繼承屬性，這個繼承屬性僅依賴于：
????a．產(chǎn)生式中Xj的左邊符號X1，X2，…Xj-1的屬性；
????b．A的繼承屬性。
??S屬性文法和L屬性文法的關(guān)系：S屬性文法是L屬性文法中的一種，即無繼承屬性參與。
??舉一個例子說明什么樣的不是L屬性文法：
??原因在于Q.i的計算使用其右側(cè)的R.s屬性，違背了定義a的要求。由定義判斷是否為L-屬性文法也是需要掌握的。
翻譯模式
??之前一直讓我很苦惱，翻譯模式到底是什么？其實翻譯模式就是語法制導(dǎo)翻譯中比較特殊的一種，根據(jù)翻譯模式，可以讓人更明白到了哪步需要干哪件事。翻譯模式穿插在產(chǎn)生式中，當(dāng)下一項是翻譯模式時就執(zhí)行該翻譯模式的動作。也可認(rèn)為翻譯模式就是動作。（以上是我自己的一些想法，可以回過頭來再看一看）。
??形式化的概念定義如下：
??我還是舉個例子，用圖說話吧~
??在上面的翻譯模式中，會不斷執(zhí)行動作，最終得到后綴式。
??那如何構(gòu)造翻譯模式呢？
???有前提條件：一定要是L-屬性文法并且保證語義動作不會引用還沒有計算的屬性值（其實就是正確的文法吧~）
??分了兩種可能性：
??前面介紹到屬性文法基礎(chǔ)是上下無關(guān)文法，在使用翻譯模式構(gòu)造自上而下的時候也會存在熟悉的兩個問題：左遞歸和提取公共左因子
??對兩種問題的處理方式與之前相同，都是通過引入非終結(jié)符將左遞歸變?yōu)橛疫f歸或者提取出公共因子。體現(xiàn)在翻譯模式上也大同小異，舉個例子，了解其構(gòu)造過程即可：
??原始產(chǎn)生式如下：
??消除左遞歸后產(chǎn)生式如下：
??構(gòu)造其語法分析樹并計算各屬性值：
??推廣到一般情況如下：
??如果用抽象語法樹來表示以上的翻譯模式就是這個樣子的：
??看了幾個例題，可以發(fā)現(xiàn)翻譯模式構(gòu)造的一個小規(guī)律：綜合屬性都位于產(chǎn)生式末，繼承屬性位于緊鄰所求符號的前面（即先進(jìn)行動作求值再引用）
遞歸下降翻譯器（作用：進(jìn)行翻譯，形成中間代碼）：
??從翻譯模式里看到，部分的動作嵌入在產(chǎn)生式中。都放在末尾（這個問題其實是放在末尾就能非常容易的在自底向上的語法分析過程中完成屬性運(yùn)算）的方法就是引入新的非終結(jié)符，并指向空字：
??模擬繼承屬性的計算（**想表達(dá)什么呢？**關(guān)鍵要看前面一節(jié)，分析棧中的繼承屬性。某些繼承屬性的計算一般是復(fù)寫規(guī)則，在自底向上分析過程中我們可以根據(jù)其在分析棧中的位置來訪問它，而不需要實際去計算。模擬繼承屬性的計算是因為下面這種列子，開始設(shè)計的屬性文法繼承屬性在需要時在分析棧中位置不固定，因此可以通過一些改造來使其固定）
??明顯可以看出，綜合屬性的計算比繼承屬性方便直觀不少。那能不能將繼承屬性向綜合屬性進(jìn)行一下轉(zhuǎn)化呢？方法如下：
??那具體是怎么改變的呢？
????這個地方上課是畫了兩個語法分析樹來解釋的，第一個類型在左子樹，id在右子樹。第二個 類型和id都在一邊
??這章主要是一些基礎(chǔ)概念，現(xiàn)在學(xué)完了所有內(nèi)容意識到，前后兩章聯(lián)系是很緊密的。對于基本的概念還是要掌握扎實，繼續(xù)加油吧！
感謝編譯原理課程謝老師對本文的耐心修改，因作者水平有限，如有錯誤之處，請在評論區(qū)下方指出，謝謝！
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的属性文法和语法制导翻译的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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