Лекция 9: Промежуточное представление программы

Линеаризованные представления

В качестве промежуточных представлений весьма распространены линеаризованные представления деревьев. Линеаризованное представление позволяет относительно легко хранить промежуточное представление во внешней памяти и обрабатывать его. Наиболее распространенной формой линеаризованного представления является польская запись - префиксная (прямая) или постфиксная (обратная).

Постфиксная запись - это список вершин дерева, в котором каждая вершина следует (при обходе снизу-вверх слева-направо) непосредственно за своими потомками. Дерево на рис. 8.1, а, в постфиксной записи может быть представлено следующим образом:

a b c - * b c - * + :=

В постфиксной записи вершины синтаксического дерева явно не присутствуют. Они могут быть восстановлены из порядка, в котором следуют вершины и из числа операндов соответствующих операций. Восстановление вершин аналогично вычислению выражения в постфиксной записи с использованием стека.

В префиксной записи сначала указывается операция, а затем ее операнды. Например, для приведенного выше выражения имеем

:= a + * b - c * b - c

Рассмотрим детальнее одну из реализаций префиксного представления - Лидер [12]. Лидер - это аббревиатура от "ЛИнеаризованное ДЕРево". Это машинно-независимая префиксная запись. В Лидере сохраняются все объявления и каждому из них присваивается свой уникальный номер, который используется для ссылки на объявление. Рассмотрим пример.

module M;
var X,Y,Z: integer;
procedure DIF(A,B:integer):integer;
  var R:integer;
  begin R:=A-B;
    return(R);
  end DIF;
begin Z:=DIF(X,Y);
end M.

Этот фрагмент имеет следующий образ в Лидере.

program 'M'
var int
var int
var int
procbody proc int int end int
  var int
  begin assign var 1 7 end
	  int int mi par 1 5 end par 1 6 end
    result 0 int var 1 7 end
    return
  end
  begin assign var 0 3 end int
  icall 0 4 int var 0 1 end
  int var 0 2 end end
end

Рассмотрим его более детально:

Виртуальная машина Java

Программы на языке Java транслируются в специальное промежуточное представление, которое затем интерпретируется так называемой "виртуальной машиной Java ". Виртуальная машина Java представляет собой стековую машину: она не имеет памяти прямого доступа, все операции выполняются над операндами, расположенными на верхушке стека. Чтобы, например, выполнить операцию с участием константы или переменной, их предварительно необходимо загрузить на верхушку стека. Код операции - всегда один байт. Если операция имеет операнды, они располагаются в следующих байтах.

К элементарным типам данных, с которыми работает машина, относятся short, integer, long, float, double (все знаковые).

Организация памяти

Машина имеет следующие регистры: pc - счетчик команд; optop - указатель вершины стека операций; frame - указатель на стек-фрейм исполняемого метода; vars - указатель на 0 -ю переменную исполняемого метода. Все регистры 32-разрядные. Стек-фрейм имеет три компоненты: локальные переменные, среду исполнения, стек операндов. Локальные переменные отсчитываются от адреса в регистре vars. Среда исполнения служит для поддержания самого стека. Она включает указатель на предыдущий фрейм, указатель на собственные локальные переменные, на базу стека операций и на верхушку стека. Кроме того, здесь же хранится некоторая дополнительная информация, например, для отладчика.

Куча сборки мусора содержит экземпляры объектов, которые создаются и уничтожаются автоматически. Область методов содержит коды, таблицы символов и т.д. С каждым классом связана область констант. Она содержит имена полей, методов и другую подобную информацию, которая используется методами.

Набор команд виртуальной машины

Виртуальная Java-машина имеет следующие команды:

Рассмотрим некоторые команды подробнее.