程序的组成可以分为两个主要部分:分析部分和解释部分,它们共同完成对源程序的解析与执行。
分析部分
- 词法分析:将源代码分解为有意义的单词(称为“记号”或token),如变量名、运算符、关键字等。
- 语法分析:根据语言的语法规则,将记号序列组织成语法树(如抽象语法树AST),判断结构是否合法。
- 语义分析:检查语法结构是否有意义,例如类型匹配、变量声明使用一致性等。
- 最终输出:生成中间代码,常用形式包括逆波兰表示(后缀表达式)、三地址码等,便于后续解释或编译。
解释部分
负责执行由分析部分生成的中间代码。其核心机制如下:- 使用内存数组
MEM存储中间代码指令以及运行时数据(如操作数栈、变量值)。 - 程序计数器
PC指向当前要执行的中间代码位置。 - 核心是一个解释循环(也称取指-执行循环):
- 取出
MEM[PC]处的指令(操作码 opcode); - PC 自增,准备下一条指令;
- 查找
opcode-table中对应的解释子程序(如Ipush,Iaddreal)并执行; - 循环直到遇到结束指令。
- 取出
- 使用内存数组
示例:A + B 的解释执行过程
假设 A = 3, B = 5,中间代码为逆波兰表示:
Ipush A Ipush B Iaddreal在 MEM 中存储这些指令,PC 初始为 0。
执行流程:
- PC=0: 执行
Ipush A→ 将 A 的值(3)压入运行栈; - PC=1: 执行
Ipush B→ 将 B 的值(5)压入栈; - PC=2: 执行
Iaddreal→ 弹出栈顶两个值(5 和 3),相加得 8,结果压回栈; - PC=3: 遇到结束指令(如
Ihalt),停止执行。
最终结果为 8,保存在栈顶。
该机制类似于虚拟机的工作方式,是解释型语言(如 Python 字节码解释器)的基础模型。
逆波兰表示法(Reverse Polish Notation, RPN),又称后缀表达式,是一种将运算符置于操作数之后的表达式表示方法。与我们常用的中缀表达式(如A + B)不同,逆波兰表示法无需括号即可明确运算顺序。
示例对比:
中缀表达式:
A + B逆波兰表示:
A B +中缀表达式:
(A + B) * C逆波兰表示:
A B + C *
在中间代码中的优势:
无需括号表达优先级
运算顺序完全由符号位置决定,避免了解析括号和优先级的复杂性,简化语法分析。易于栈式求值
可直接使用操作数栈进行计算:- 遇到操作数 → 压栈;
- 遇到运算符 → 弹出所需数量的操作数,执行运算后将结果压回栈。
- 最终栈顶即为结果。
示例:
A B + C *(设 A=2, B=3, C=4)push A → 栈: [2] push B → 栈: [2, 3] add → 弹出3、2 → 2+3=5 → 栈: [5] push C → 栈: [5, 4] mul → 弹出4、5 → 5*4=20 → 栈: [20]适合生成线性中间代码
指令序列清晰,便于存储在MEM数组中,配合PC逐条执行,非常适合解释器或虚拟机模型。结构简单,易于翻译和优化
便于从抽象语法树(AST)转换而来,也方便后续进行常量折叠、公共子表达式消除等优化。
因此,逆波兰表示法因其结构简洁、执行高效、易于实现,被广泛应用于计算器、编译器中间表示以及解释型系统的实现中。