10 语义分析之语义分析的基本概念

在前一篇中，我们讨论了语法分析的概念以及自顶向下与自底向上的解析方法。语法分析的目的是将源代码转换为一种语法树结构，这个结构是以树形形式表现程序中的语法关系。然而，语法树并不意味着代码的含义是明确的。接下来，我们要深入探讨的就是语义分析，它是编译器设计中极其重要的一步。

什么是语义分析？

语义分析主要用于检查程序的语义正确性。虽然语法分析可以确保代码的结构是正确的，但语义分析则负责输出代码是否符合某种语言的语义规则。例如，语义分析会检查变量是否已经声明、类型是否匹配，以及在适当的上下文中使用操作符等。

语义分析的目标

• 确保类型安全性：确保操作数的数据类型能够进行合法操作。
• 检查作用域：确认标识符在使用之前已被声明，并且在其有效作用域内。
• 管理常量和变量：检查变量是否被适当地初始化，以及常量的使用是否符合预期。
• 验证函数调用：检查函数调用时传递的参数与函数定义的参数是否匹配。

语义分析的工作流程

语义分析通常涉及以下几个步骤：

1. 符号表的建立：对于每一个作用域，建立符号表来记录标识符的信息（类型、作用域、值等）。
2. 类型检查：检查变量、函数等的类型，以确保在运算和函数调用时是相互兼容的。
3. 作用域检查：确保标识符在其作用域内是可用的。
4. 上下文语义检查：确保代码的上下文与语言定义相符，例如控制流的合法性。

例子

考虑下面的简单代码示例：

int main() {
    int a = 5;
    int b = "hello";    // 错误：类型不匹配
    return a + b;       // 错误：变量b未定义
}

在这个代码中，语义分析的过程如下：

1. 符号检查：

   • 在进入main函数时，符号表记录a为整型，并赋值为5；然而当检查b = "hello"时，发现b被赋值为字符串，而其类型应为整型，这将引发类型不匹配的错误。

2. 类型检查：

   • 当尝试执行表达式a + b时，语义分析器会发现b未正确定义，导致错误。

符号表的基本概念

符号表在语义分析中扮演着至关重要的角色。它像一个数据结构，用于存储程序中所有变量、常量、函数及其属性的信息。每当进入一个作用域时，编译器会创建一个新的符号表，并在离开作用域时销毁它，从而有效地进行作用域管理。

小结

在此篇中，我们探讨了语义分析的基本概念和目标，以及其在编译器设计中的重要性。我们看到，通过使用符号表，编译器能够有效地进行类型检查和作用域管理，确保程序的语义正确性。在下一篇中，我们将详细讨论符号表的管理，进一步深入理解如何高效地在编译器中实现这些功能。