编译器一日一练（DIY系列之语义分析）

Posted 2022-11-28 嵌入式-老费

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          代码地址：https://github.com/feixiaoxing/DIYCompiler

          语义分析一般是跟在语法分析后面进行的。语义分析的内容比较广。它的输入是语法树，并且在这过程当中会生成符号表，利用符号表的意义去检测语义是否正确。记录的符号表一般有全局变量、函数名、局部变量、参数名这些。此外，除了检测符号表之外，还会检测一些关键字的合理性，比如break外面是否有switch或者循环、continue是否外面有循环、goto是否真的有label与之匹配等等。总之，在中间代码生成前，所有的错误都要在这个阶段来被发现。

        如果大家读到这里，还是不能明白语义分析的话，接下来可以举几个例子来说明，分析下哪些语句是符合语法，但是不符合语义的，比如

        1）全局标识符重名；

        2）局部标识符重名；

        3）调用函数不存在；

        4）调用函数参数不匹配等等。

        当然，因为我们做的是四则运算，并且挑了一个除法来做运算。而除法里面最不能做的，就是除数不能等于0。基于这一点，我们就可以做一个简单的除法分析检测。

	public int check_value() 
	
		if(get_right_node() != null)
		
			if( 0 == ((value_node)get_right_node()).get_value())
			
				System.out.println("Div by Zero");
				return -1;
			
		
		
		if(get_left_node().get_node_type() == "/")
		
			return ((div_node)(get_left_node())).check_value();
		

		return 1;
	

        因为检测的是一个除法运算，或者是连续除法运算，所以除数只能出现在右子树。检测的方法是自顶而下进行的。如check_value函数所示，首先检测右子树是否为空，如果不为空，并且发现除数为0，那么打印出来并且报警。接着继续检测左子树，判断左子树是否是递归语法树，如果是则继续检测递归语法树，反之则返回为1。整个流程还是比较清晰的。

        语义分析和语法分析基本是一一对应的，比如有一个if-statement的语法树，就会一个check_if_statement的语义分析。其他语法以此类推。

        说了这么多，大家还没有看到添加check_value后的效果是什么，我们可以编译测试下，

C:\\Users\\feixiaoxing\\Desktop\\DIYCompiler\\day08>java Parse 1/0
Div by Zero
-1

C:\\Users\\feixiaoxing\\Desktop\\DIYCompiler\\day08>java Parse 2/1/0
Div by Zero
-1

C:\\Users\\feixiaoxing\\Desktop\\DIYCompiler\\day08>java Parse 2/0/1
Div by Zero
-1

C:\\Users\\feixiaoxing\\Desktop\\DIYCompiler\\day08>java Parse 6/2/0/3/1
Div by Zero
-1

        从运行结果看，基本还是符合我们要求的。为了便于大家理解整个过程，这里给出完整的jj文件，可以实际操作动手做一下试验。

options 
    STATIC = false;

 
PARSER_BEGIN(Parse)
import java.io.*;

class node

	public node left;
	public node right;
	public String node_type;
	
	node() this.left = this.right = null;
	public void set_left_node(node left)  this.left = left;
	public node get_left_node()  return this.left;
	
	public void set_right_node(node right)  this.right = right;
	public node get_right_node() return this.right;
	
	public void set_node_type(String node_type) this.node_type = node_type;
	public String get_node_type() return this.node_type;


class value_node extends node

	public int value;
	
	value_node()  set_node_type("value_node");
	public int get_value()  return this.value;
	public void set_value(int value) this.value = value;


class div_node extends node

	div_node()  set_node_type("/");
	
	public int get_value() 
		int left = 0, right = 0;
		
		// get left node
		if(get_left_node().get_node_type() == "/")
		
			left = ((div_node)get_left_node()).get_value();
		
		else
		
			left = ((value_node)get_left_node()).get_value();
		

		// get right node
		if(get_right_node() == null)
		
			return left;
		
		else
		
			right = ((value_node)get_right_node()).get_value();
			return left/right;
		
	

	// add semantic check
	public int check_value() 
	
		if(get_right_node() != null)
		
			if( 0 == ((value_node)get_right_node()).get_value())
			
				System.out.println("Div by Zero");
				return -1;
			
		
		
		if(get_left_node().get_node_type() == "/")
		
			return ((div_node)(get_left_node())).check_value();
		

		return 1;
	


public class Parse 

    public static void main(String[] args) 
        for (String arg : args) 
            try 
                System.out.println(evaluate(arg).check_value());
             catch (ParseException ex) 
                System.err.println(ex.getMessage());
            
        
    
 
    public static div_node evaluate(String src) throws ParseException 
        Reader reader = new StringReader(src);
        return  new Parse(reader).expr();
    

PARSER_END(Parse)
 
SKIP:  <[" ", "\\t", "\\r", "\\n"]> 
TOKEN: 
    <INTEGER: (["0"-"9"])+>

 
div_node expr() throws NumberFormatException :

    Token a ;
    Token b ;
    div_node div;


	a = <INTEGER> 
	 
		value_node node_a = new value_node();
		node_a.set_value(Integer.parseInt( a.image ));
		
		div = new div_node();
		div.set_left_node(node_a);
		
	
	
	(
	"/" b = <INTEGER>
	
		value_node node_b = new value_node();
		node_b.set_value(Integer.parseInt( b.image ));

		// important code about node adding
		if(div.get_right_node() == null)
		
			div.set_right_node(node_b);
		
		else
		
			div_node prev = div;
			div = new div_node();
			
			div.set_left_node(prev);
			div.set_right_node(node_b);
		
	
	)*
	
	<EOF>
	 return div ;