Розробка та реалізація компонентів системного програмного забезпечення

1.4 Семантичний аналіз

В процесі роботи компілятор зберігає інформацію про об'єкти програми. Як правило, інформація про кожний об'єкт складається із двох основних елементів: імені об'єкта і його властивостей. Інформація про об'єкти програми повинна бути організована так, щоб пошук її був по можливості швидше, а необхідної пам'яті по можливості менше. Крім того, з боку мови програмування можуть бути додаткові вимоги.

Імена можуть мати певну область видимості. Наприклад поле запису повинне бути унікально в межах структури (або рівня структури), але може співпадати з ім'ям об'єктів зовні запису (або іншого рівня запису). В той же час ім'я поля може відкриватися оператором приєднання, і тоді може виникнути конфлікт імен (або неоднозначність в трактуванні імені). Якщо мова має блокову структуру, то необхідно забезпечити такий спосіб зберігання інформації, щоб, по-перше підтримувати блоковий механізм видимості, а по-друге – ефективно звільняти пам'ять по виході з блоку. В деяких мовах (наприклад, Аді) одночасно (в одному блоці) можуть бути видимі декілька об'єктів з одним ім'ям, в інших така ситуація неприпустима. Є декілька основних способів організації інформації в компіляторах:

· таблиці ідентифікаторів;

· таблиці символів;

· способи реалізації блокової структури;

Перевірка типів

Компілятор повинен переконатися, що початкова програма слідує як синтаксичним, так і семантичним угодам початкової мови. Така перевірка, іменована статичній (statіc checkіng), – на відміну від динамічної, виконуваної в процесі роботи цільової програми, – гарантує, що будуть виявлені певні типи програмних помилок.

Нижче представлені приклади статичних перевірок.

1. Перевірки типів. Компілятор повинен повідомляти про помилку, якщо оператор застосовується до несумісному з ним операнда, наприклад при складанні змінних, що є масивом і функцією.

2. Перевірки управління. Передача управління за межі мовних конструкцій повинна проводитися в певне місце. Наприклад, в мові програмування С оператор break передає управління за межі самої вкладеної інструкції whіle, for або swіtch; якщо ж такі відсутні, то виводиться повідомлення про помилку.

3. Перевірки єдності. Існують ситуації, коли об'єкт може бути визначений тільки один раз. Наприклад, в мові програмування Pascal ідентифікатор повинен оголошуватися тільки один раз, всі мітки в конструкції case повинні бути різний, а елементи в скалярному типі не повинні повторюватися.

4. Перевірки, пов'язані з іменами. Іноді одне і те ж ім'я повинне використовуватися двічі (або більше число раз). Наприклад, в мові програмування Ada цикл або блок може мати ім'я, яке повинне знаходитися як на початку, так і в кінці конструкції.

Компілятор повинен перевірити, що в обох місцях використовується одне і те ж ім'я. В цьому розділі нас, в першу чергу, цікавить перевірка типів. Як видно з наведених приклади, більшість інших статичних перевірок є рутинною і може бути реалізований з використанням технологій, описаних в попередньому розділі. Деякі з них можуть використовуватися і для виконання інших дій. Наприклад, при внесенні інформації про ім'я в таблицю символів ми можемо переконатися в єдності оголошення даного імені. Багато компіляторів Pascal об'єднують статичні перевірки і генерацію проміжного коду з синтаксичним аналізом. За наявності складніших конструкцій, на зразок тих, що використовуються в мові програмування Ada, може виявитися більш зручним виконати окремий прохід для проведення перевірок типів між синтаксичним аналізом і генерацією проміжного коду, як показано на рис. 4.

Рис. 4. Місце семантичного аналізатора в моделі компілятора

Програма перевірки типів перевіряє, щоб тип конструкції відповідав очікуваному в даному контексті. Наприклад, вбудований арифметичний оператор mod в Pascal вимагає цілих операндів, тому програма перевірки типів повинна перевірити, щоб операнди mod в початковій програмі – цілого типу. Так само програма перевірки типів повинна переконатися, що операція розіменування застосовується до покажчика, індексація виконується з масивом, що визначена користувачем функція викликається з коректним числом аргументів вірного типу і т.д. Інформація про типи, зібрана програмою перевірки типів, може бути потрібною при генерації коду. Наприклад, звичайно арифметичні оператори типу + застосовуються до цілих і дійсних чисел, а можливо, і до інших типів даних, так що для визначення значення оператора + потрібен розгляд контексту його застосування. Символ, який може представляти різні операції в різних контекстах, називається «перевантаженим» (overloaded). Перевантаження може супроводитися примусовим перетворенням типів операндів в очікувані в даному контексті, яке виконується компілятором. Інше поняття, відмінне від поняття перевантаження, – поліморфізм. Тіло поліморфної функції може виконуватися з аргументами різних типів.

1.4.1 Таблиці ідентифікаторів і таблиці символів

Як вже було сказано, інформацію про об'єкт звичайно можна розділити на дві частини: ім'я (ідентифікатор) і опис. Зручно ці характеристики об'єкта зберігати окремо. Це обумовлено двома причинами: 1) символьне представлення ідентифікатора може мати невизначену довжину і бути досить довгим; 2) різні об'єкти в одній області видимості і/або в різних можуть мати однакові імена і не потрібно займати пам'ять для повторного зберігання ідентифікатора.

Таблицю для зберігання ід