語義分析和中間代碼產(chǎn)生教學(xué)過程研究

文章編號(hào)：1672-5913(2008)09-0059-02

摘要：本文針對(duì)“編譯原理”中語義分析和中間代碼產(chǎn)生部分的理論教學(xué)，從教學(xué)手段、教學(xué)方法和教學(xué)過程等方面進(jìn)行了有益的探討和研究。

關(guān)鍵詞：編譯原理；語義分析和中間代碼產(chǎn)生；屬性文法

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

“編譯原理”是目前高等院校計(jì)算機(jī)各相關(guān)專業(yè)的一門必修課，課程本身理論性、抽象性較強(qiáng)，而編譯過程的第三個(gè)階段——語義分析和中間代碼產(chǎn)生中涉及到的理論則更是抽象，以至于學(xué)生對(duì)各類語法結(jié)構(gòu)的屬性文法和翻譯過程無法正確理解和靈活掌握，更無法建立起編譯程序的整體概念。在這部分內(nèi)容的教學(xué)過程中，傳統(tǒng)的“滿堂灌”等教學(xué)方法會(huì)讓學(xué)生感覺一頭霧水，因此必須采用啟發(fā)式教學(xué)，在教師的引導(dǎo)下，充分發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性，讓他們積極參與到教學(xué)活動(dòng)中，使得教師對(duì)理論的教學(xué)更多地變成學(xué)生自身的感悟和體會(huì)。

1教學(xué)內(nèi)容總體設(shè)計(jì)

為了達(dá)到更好的教學(xué)效果，教師必須根據(jù)需要對(duì)教材中的信息加以整理和取舍，使教學(xué)內(nèi)容更集中，使學(xué)生關(guān)注于理論的核心，在課堂上掌握理論重點(diǎn)，而不至于讓一些細(xì)枝末節(jié)的內(nèi)容分散注意力。我院采用的教材是陳火旺院士等編著的《程序設(shè)計(jì)語言編譯原理》，其中第六章是屬性文法和語法制導(dǎo)翻譯，第七章是語義分析和中間代碼產(chǎn)生。第六章作為第七章的理論基礎(chǔ)，內(nèi)容較多，學(xué)生全部掌握有一定難度，因此作者在教學(xué)過程中只把和第七章密切相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)作為課堂教學(xué)內(nèi)容，并講清講透。其中包括屬性文法的概念、如何區(qū)分綜合屬性和繼承屬性、什么是S-屬性文法以及如何進(jìn)行自下而上分析、什么是L-屬性文法以及如何進(jìn)行自上而下分析、翻譯模式的概念以及翻譯模式形式下的屬性文法如何進(jìn)行分析。第七章的課堂教學(xué)內(nèi)容包括中間代碼的形式、說明語句的翻譯、賦值語句和算術(shù)表達(dá)式的翻譯、布爾表達(dá)式的翻譯、控制流語句的翻譯，其他內(nèi)容留給有興趣的同學(xué)自學(xué)。

2屬性文法相關(guān)概念的教學(xué)過程

屬性文法對(duì)初學(xué)者來說不易理解，在講授時(shí)，首先給學(xué)生看幾個(gè)屬性文法的例子，以便建立起直觀印象，然后再根據(jù)一個(gè)具體例子解釋語義規(guī)則和產(chǎn)生式的關(guān)聯(lián)性，進(jìn)而解釋屬性是什么，以及綜合屬性、繼承屬性是如何區(qū)分的，這樣學(xué)生更易理解和接受。在理解綜合屬性和繼承屬性區(qū)分的基礎(chǔ)上，掌握S-屬性文法和L-屬性文法的概念很容易，關(guān)鍵是自下而上分析和自上而下分析方法，教師在講授時(shí)可先通過一個(gè)例子進(jìn)行示范，然后再給學(xué)生時(shí)間完成相關(guān)的練習(xí)，通過動(dòng)手動(dòng)腦，才能達(dá)到熟練掌握和靈活運(yùn)用的目的。

3語義分析和中間代碼產(chǎn)生的教學(xué)過程

語義分析和中間代碼產(chǎn)生主要是各類語法結(jié)構(gòu)(說明語句、賦值語句和算術(shù)表達(dá)式、布爾表達(dá)式、控制流語句) 的翻譯，這部分的內(nèi)容實(shí)際是第六章理論的應(yīng)用，然而大部分學(xué)生卻認(rèn)為難以理解和掌握，原因可能有兩個(gè)：一是第六章的基礎(chǔ)理論掌握不牢，二是不知道如何運(yùn)用這些理論進(jìn)行語義分析。針對(duì)這個(gè)問題，講授過程中要注意了解學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論的掌握情況并根據(jù)情況及時(shí)補(bǔ)充，給出語義分析的清晰可操作的步驟，根據(jù)學(xué)生情況講授一到兩種語法結(jié)構(gòu)的翻譯后，剩下的語法結(jié)構(gòu)翻譯過程可讓學(xué)生自己練習(xí)，同時(shí)找出掌握程度好的學(xué)生走上講臺(tái)和同學(xué)交流，充分發(fā)揮學(xué)生的積極性，并可在激烈的討論中及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題。

講授時(shí)，首先在黑板上或屏幕上給出理解一個(gè)屬性文法的方法，并要求學(xué)生做筆記：

(1) 確定翻譯方法；

(2) 畫出一棵語法分析樹；

(3) 了解必要函數(shù)的意義；

(4) 按照確定的翻譯方法進(jìn)行翻譯；

(5) 分析翻譯結(jié)果，理解屬性文法的整體作用；

(6) 在理解整體作用的基礎(chǔ)上，反復(fù)回顧整個(gè)翻譯過程，直至理解每個(gè)屬性的含義，理解每條產(chǎn)生式所配備語義規(guī)則的含義。

然后，通過具體例子介紹每一個(gè)步驟如何進(jìn)行操作。例如，利用布爾表達(dá)式的如下屬性文法進(jìn)行介紹。

產(chǎn)生式語義規(guī)則

E→E1 or E2E1.true:=E.true

E1.1:=newlable

E2.true:=E.true

E2.1:=E.1

E.code:=E1.code || gen(E1.1’:’) || E2.code

E→E1 and E2E1.true:=newlable

E1.1:=E.1

E2.true:=E.true

E2.1:=E.1

E.code:=E1.code || gen(E1.true’:’) || E2.code

E→not E1E1.true:=E.1

E1.1:=E.true

E.code:=E1.code

E→( E1) E1.true:=E true.

E1.1:=E. 1

E.code:=E1.code

E→id1 relop id2

E.code:=gen ( ‘if’ id1.place relop.op id2.place

‘goto’ E.true) || gen(‘goto’E.1)

按照給出的方法，一步步進(jìn)行解釋和說明：

(1) 引導(dǎo)學(xué)生觀察每條產(chǎn)生式對(duì)應(yīng)語義規(guī)則中計(jì)算的屬性是產(chǎn)生式左部文法符號(hào)還是右部文法符號(hào)的屬性，若計(jì)算的是產(chǎn)生式左部文法符號(hào)的屬性，則該屬性是綜合屬性，否則是繼承屬性；若屬性文法中所有屬性都是綜合的，則采用自下而上的翻譯方法，否則采用自上而下的翻譯方法。本例中，通過觀察發(fā)現(xiàn)true和1是繼承的，確定采用自上而下的翻譯方法。

(2) 畫出一棵語法分析樹，該步驟的目的有兩個(gè)，一是明確該文法定義的語法結(jié)構(gòu)，二是做好后續(xù)步驟翻譯的基礎(chǔ)。為了理解每條產(chǎn)生式對(duì)應(yīng)語義規(guī)則的含義，畫語法分析樹時(shí)應(yīng)盡可能用上所有的產(chǎn)生式。此時(shí)可以讓學(xué)生自己畫，同時(shí)教師在黑板上畫出一棵語法樹，便于后面的演示。例如本例中，語法分析樹可以如圖１所示。

圖１ 語法分析樹

(3) 有些屬性文法里用了一些自定義的函數(shù)，先要了解這些函數(shù)的意義，例如該屬性文法中有兩個(gè)函數(shù)：

newlable：每調(diào)用一次產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)號(hào)，依次是L1，L2，…...；

gen(…)：把括號(hào)里面的內(nèi)容輸出。

(4) 按照確定的方法進(jìn)行翻譯。采用自下而上翻譯時(shí)，找到句柄歸約時(shí)求非終結(jié)符號(hào)對(duì)應(yīng)的綜合屬性值；若采用自上而下翻譯時(shí)，表現(xiàn)在語法分析樹上是進(jìn)行一次深度優(yōu)先遍歷。本例的遍歷路線圖如圖２所示，第一次經(jīng)過某文法符號(hào)時(shí)計(jì)算繼承屬性，第二次經(jīng)過時(shí)計(jì)算綜合屬性，教師引導(dǎo)學(xué)生互動(dòng)，共同完成教師畫出的語法分析樹上得翻譯，假設(shè)開始符號(hào)的兩個(gè)繼承屬性true和1的值分別為Ltrue和L1，得到生成的代碼如下：

if a>b goto L1

goto L1

L1: if c>d goto Ltrue

goto L2

L2: if e>f goto L1

goto Ltrue

之后，留給學(xué)生適量時(shí)間在自己畫出的語法樹上進(jìn)行翻譯并要求寫出翻譯結(jié)果。

圖２ 自上而下分析線路圖

(5) 分析翻譯結(jié)果，理解屬性文法的整體作用。從輸入串a(chǎn)>b and c>d or e>f 和輸出結(jié)果分析，可以看出該屬性文法是布爾表達(dá)式作為條件控制時(shí)的情況，翻譯后是確定布爾式的真假出口，而不是得到布爾式的真假值。

(6) 知道了該屬性文法的整體作用后，將產(chǎn)生式和語義規(guī)則結(jié)合起來理解每條語義規(guī)則的含義。例如本例中，結(jié)合語法分析樹，一步步引導(dǎo)學(xué)生掌握將語法結(jié)構(gòu)和語義規(guī)則進(jìn)行結(jié)合的方法。

參考文獻(xiàn)

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