Язык внутреннего представления программы

Основные свойства языка внутреннего представления программ:

a) он позволяет фиксировать синтаксическую структуру исходной программы;

b) текст на нем можно автоматически генерировать во время синтаксического анализа;

c) его конструкции должны относительно просто транслироваться в объектный код либо достаточно эффективно интерпретироваться.

Некоторые общепринятые способы внутреннего представления программ:

a) постфиксная запись

b) префиксная запись

c) многоадресный код с явно именуемыми результатами

d) многоадресный код с неявно именуемыми результатами

e) связные списочные структуры, представляющие синтаксическое дерево.

В основе каждого из этих способов лежит некоторый метод представления синтаксического дерева.

Замечание: чаще всего синтаксическим деревом называют дерево вывода исходной цепочки, в котором удалены вершины, соответствующие цепным правилам вида A ® B, где A, B Î VN.

Выберем в качестве языка для представления промежуточной программы постфиксную запись (ее часто называют ПОЛИЗ - польская инверсная запись).

В ПОЛИЗе операнды выписаны слева направо в порядке их использования. Знаки операций стоят таким образом, что знаку операции непосредственно предшествуют ее операнды.

Например, обычной (инфиксной) записи выражения

a*(b+c)-(d-e)/f

соответствует такая постфиксная запись:

abc+*de-f/-

Замечание: обратите внимание на то, что в ПОЛИЗе порядок операндов остался таким же, как и в инфиксной записи, учтено старшинство операций, а скобки исчезли.

Более формально постфиксную запись выражений можно определить таким образом:

(1) если Е является единственным операндом, то ПОЛИЗ выражения Е - это этот операнд;

(2) ПОЛИЗом выражения Е₁ q Е₂, где q - знак бинарной операции,
Е₁ и Е₂ операнды для q, является запись E₁’ E₂’ q , где E₁’ и E₂’ - ПОЛИЗ выражений Е₁ и Е₂ соответственно;

(3) ПОЛИЗом выражения q E, где q- знак унарной операции, а Е - операнд q, является запись E’ q, где E’ - ПОЛИЗ выражения Е;

(4) ПОЛИЗом выражения (Е) является ПОЛИЗ выражения Е.

Запись выражения в такой форме очень удобна для последующей интерпретации (т.е. вычисления значения этого выражения) с помощью стека: выражение просматривается один раз слева направо, при этом

(1) если очередной элемент ПОЛИЗа - это операнд, то его значение заносится в стек;

(2) если очередной элемент ПОЛИЗа - это операция, то на "верхушке" стека сейчас находятся ее операнды (это следует из определения ПОЛИЗа и предшествующих действий алгоритма); они извлекаются из стека, над ними выполняется операция, результат снова заносится в стек;

(3) когда выражение, записанное в ПОЛИЗе, прочитано, в стеке останется один элемент - это значение всего выражения.

Замечание: для интерпретации, кроме ПОЛИЗа выражения, необходима дополнительная информация об операндах, хранящаяся в таблицах.

Замечание: может оказаться так, что знак бинарной операции по написанию совпадает со знаком унарной; например, знак "-" в большинстве языков программирования означает и бинарную операцию вычитания, и унарную операцию изменения знака. В этом случае во время интерпретации операции "-" возникнет неоднозначность: сколько операндов надо извлекать из стека и какую операцию выполнять. Устранить неоднозначность можно, по крайней мере, двумя способами:

a) заменить унарную операцию бинарной, т.е. считать, что "-а" означает
"0-а";

b) либо ввести специальный знак для обозначения унарной операции; например, "-а" заменить на "&a". Важно отметить, что это изменение касается только внутреннего представления программы и не требует изменения входного языка.

Теперь необходимо разработать ПОЛИЗ для операторов входного языка. Каждый оператор языка программирования может быть представлен как n-местная операция с семантикой, соответствующей семантике этого оператора.

Оператор присваивания

I := E

в ПОЛИЗе будет записан как

I E :=

где ":=" - это двухместная операция, а I и Е - ее операнды; I означает, что операндом операции ":=" является адрес переменной I, а не ее значение.

Оператор перехода в терминах ПОЛИЗа означает, что процесс интерпретации надо продолжить с того элемента ПОЛИЗа, который указан как операнд операции перехода.

Чтобы можно было ссылаться на элементы ПОЛИЗа, будем считать, что все они перенумерованы, начиная с 1 (допустим, занесены в последовательные элементы одномерного массива).

Пусть ПОЛИЗ оператора, помеченного меткой L, начинается с номера p, тогда оператор перехода gotoL в ПОЛИЗе можно записать как

p !

где ! - операция выбора элемента ПОЛИЗа, номер которого равен p.

Немного сложнее окажется запись в ПОЛИЗе условных операторов и операторов цикла.

Введем вспомогательную операцию - условный переход "по лжи" с семантикой

if (not B) then goto L

Это двухместная операция в операндами B и L. Обозначим ее !F, тогда в ПОЛИЗе она будет записана как

B p !F

где p - номер элемента, с которого начинается ПОЛИЗ оператора, помеченного меткой L.

Семантика условного оператора

ifBthenS₁elseS₂

с использованием введенной операции может быть описана так:

if (not B) then goto L₂; S₁; goto L₃; L₂: S₂; L₃: ...

Тогда ПОЛИЗ условного оператора будет таким:

B p₂ !F S₁p₃ ! S₂ ... ,

где p_i - номер элемента, с которого начинается ПОЛИЗ оператора, помеченного меткой L_i, i = 2,3.

Семантика оператора цикла whileBdoSможет быть описана так:

L₀: if (not B) then goto L₁; S; goto L₀; L₁: ... .

Тогда ПОЛИЗ оператора цикла while будет таким:

B p₁ !F S p₀! ... ,

где p_i - номер элемента, с которого начинается ПОЛИЗ оператора, помеченного меткой L_i, i = 0,1.

Операторы ввода и вывода М-языка являются одноместными операциями. Пусть R - обозначение операции ввода, W - обозначение операции вывода.

Тогда оператор ввода read(I) в ПОЛИЗе будет записан как I R;

оператор вывода write(E) - как E W.

Постфиксная польская запись операторов обладает всеми свойствами, характерными для постфиксной польской записи выражений, поэтому алгоритм интерпретации выражений пригоден для интерпретации всей программы, записанной на ПОЛИЗе (нужно только расширить набор операций; кроме того, выполнение некоторых из них не будет давать результата, записываемого в стек).

Постфиксная польская запись может использоваться не только для интерпретации промежуточной программы, но и для генерации по ней объектной программы. Для этого в алгоритме интерпретации вместо выполнения операции нужно генерировать соответствующие команды объектной программы.