C编译器剖析_5.2.1 中间代码生成及优化_布尔表达式的翻译

5.2.1  中间代码生成与优化_布尔表达式的翻译

    我们仍然按照语法分析和语义检查时的思路，先讨论表达式的翻译，再处理语句。表达式从概念上来说，可分为算术表达式和布尔表达式，在一些编程语言（例如Java）中对这两者是有严格区分的，算术表达式的结果是整数或浮点数，而布尔表达式的结果是逻辑上的真或假。布尔是英国数学家，由于布尔较早进行了关于“与或非”逻辑运算的研究，为了纪念这位先驱，在Java中引入了关键字boolean，而在C++中引入了bool关键字来表达逻辑上的真或假。C语言中并没有专门的布尔类型，而是把非0的值当作真，把0当作假。

int a, b;

if(a+b){// Java中非法，a+b为算术值，非布尔值；C中合法

}

if(a == b){//a == b为布尔值，在C或Java中都合法

}

    为了讨论的方便，我们不妨把C语言看成是存在布尔表达式，例如a&&b，a||b或者a>b等，也存在算术表达式，例如a+b或者a&b，但是不存在C程序员可见的布尔类型关键字bool或者boolean。对于算术表达式而言，C编译器需要对整个表达式进行求值，例如，我们要计算出“a和b相加的值”，或者“a和b按位与的值”，并把运算结果保存到一个临时变量中，这个临时变量的值就代表了整个表达式的值。而对于布尔表达式来说，我们并不会对整个表达式进行求值，而是生成相应的跳转指令，对于a&&b而言，当a为假时，不论b为何值，a&&b的值都为假，所以此时我们并不需要对b进行求值。若把“a&&b”换成“f()&&g()”，则当f()的返回值为假时，我们不需要对函数g()进行求值，此时g()函数根本就没有被调用，这就是C语言中的短路运算。

     我们先举个简单的例子来说明这些概念，如图5.2.1所示，第1至21行给出了一个简单的C程序，第22至60行是与之对应的中间代码。对于第4至8行的C代码来说，与其对应的中间代码在第24至31行，我们需要先对第4行的算术表达式a+b进行求值，第25行的中间代码“t0:a+b”表示把“a+b”求值后的结果存于临时变量t0中，对表达式进行求值的工作由ucl\tranexpr.c中的TranslateExpression()函数来完成。但对于第9行的布尔表达式a&&b来说，我们只是生成第33行和第35行的条件跳转指令，并没有对整个布尔表达式a&&b进行求值，但a为假时，控制流直接由第33行转移到基本块BB6处，即不再需要判断b的值。产生这些跳转指令的工作由ucl\tranexpr.c中的TranslateBranch()函数来实现。在X86汇编中，跳转指令对应的助记符为Jump，缩写为J；但在Arm汇编中，跳转指令对应的是Branch，缩写为B，单词Branch是分支的意思（也有些人写为分枝，哪个是错别字，whoknows!），这意味着如果是“有条件跳转”的话，控制流就会“开叉”，相当于一根树枝分成若干个细枝了，例如图5.2.1第35行的有条件跳转，控制流可能流向第37行，也可能流向第40行。

图5.2.1 布尔表达式和算术表达式

    对于图5.2.1第14行的算术表达式a&b来说，我们需要先对整个表达式a&b进行求值，再根据其结果进行跳转，如图第42和43行所示。比较特殊的是第19行的布尔表达式a||b，按我们之前的介绍，翻译布尔表达式时，我们只是产生一些跳转指令来改变控制流，如第50行和第52行所示。但按照第19行赋值语句的语义，我们需要在a||b为真时，给变量c赋值1；在a||b为假时，给变量赋值0。因此，C编译器需要产生第54至57行的代码。这些工作由ucl\tranexpr.c中的函数TranslateBranchExpression来完成。

    简而言之，如果我们需要显式地求出表达式的值，就调用函数TranslateExpression()；如果只是需要生成一些跳转指令来改变当前的控制流，则使用TranslateBranch()。如果我们在调用TranslateExpression()来对表达式求值时，遇到的表达式是形如图5.2.1第19行的赋值语句中的布尔表达式a||b，此时我们就再调用TranslateBranchExpression()函数来处理，进而产生如图5.2.1第50至57行的代码。

    趁热打铁，我们现在就来看一下函数TranslateBranchExpression的代码，如图5.2.2第1至18行所示。第4行通过调用CreateTemp函数创建了一个临时变量，不妨设这个临时变量为t。我们需要根据布尔表达式的控制流来执行t=0或者t=1的代码，第11行调用GenerateMove函数产生t = 0的代码，第15行则用于产生t = 1。当表达式expr为假时，我们在执行完t=0后，还要通过第12行的GenerateJump函数，产生一条无条件跳转指令，跳过t=1这个指令。中间代码t=0是基本块falseBB的第一条指令，而t=1为基本块trueBB的第一条指令。在调用第8行的TranslateBranch函数来产生跳转指令时，我们需要把trueBB和falseBB作为跳转目标传递给TranslateBranch函数，这样我们才能生成形如如图5.2.1第50至52行的跳转指令。

图5.2.2 TranslateBranchExpression()

    当我们遇到形如“c = expression；”的语句时，由上下文可知，我们需要先对赋值号右侧的表达式进行求值，之后再结果赋给左侧的c。对右侧表达式进行求值的运算，由图5.2.2第45行的TranslateExpression