编译器的设计与实现PPT课件3_类与对象.ppt

编译器的设计与实现 制作： 张 云 时间：2008-03 课程描述 n目标：编译器的设计与实现 n方法： n给定语言特性，限定目标机器模型，实现该 语言的编译器； n添加新的语言特性，对编译器做相应的修改 。 语言 一个用于教学的编译运行环境 简化的c 函数调用 if语句 while语句 赋值语句 表达式 数组 声明语句 控制语句 进一步的扩展 简化的c+ 简单的c 对象 继承 多态 异常处理 垃圾回收 加入对象 n目标： 在简化的c的基础上增加对象的支持。 n问题：什么是对象？ n对一个程序员来说，对象就是一个带有相关 语义学的存储区域。（c+ faq） 加入对象要解决的问题 1 要处理什么样的对象？ 2 对象数据存放在何处？（对象模型的建立 ） 3 对象支持哪些操作？ 4 实现 1处理什么样的对象 n定义对象：将数据和操作封装在一起 n没有继承 n没有多态 n没有指针，完全为引用（为了实现简单） 2对象数据应该存放在何处 n方法一：类似于程序中局部变量全局变 量的存储，将对象的数据存放在栈或静 态存储区域中。 n方法二：在堆上动态创建对象 n比较 对象数据应该存放在何处 n我们采用的方法： n参照.net的设计，对象都分配在堆上，仅仅 声明并不创建对象；当使用了new命令才构 造对象。 point p; /对象声明 p=new point(); /对象的创建 类类声明： class point int x; int y; int z; void init(int a, int b , int c) x = a; y = b; z = c; 类使用： void main() point p; p = new point(); p. init(3,2,3); p.z = 6; p.z = p.x + p.y; 示例 堆 对象模型 np是point类的一个对象 x y z point:init() 运行栈 p 引用地址 对象地址 3对象支持什么样的操作？ 对象操作 对象创建 调用成员函数 访问成员变量 运行栈 3.1对象创建 class point p;/声明 在函数中声明一个对象与声明变量没有不同！ 在函数栈中添加一个空间用来记录对象的”值” p = new point();/创建对象，在堆上分配空间 对象封装了成员变量与成员函数 为对象赋值就是为对象的成员变量赋值 堆 x 随机值 y随机值 z随机值 p 3.2成员变量访问 n p.x = 1; n根据bp指针找到p，然后找到对象的成员变 量的地址 运行栈 堆 x 1 y随机值 z随机值 p bp 3.3成员函数调用 class point void init() x = a; y = b; z = c; void point.init(point this) this.x = a; this.y = b; this.z = c; 编译器将成员函数转换成对等的非成员函数；如何实现? 成员函数的运行栈 void point:f1(int a,int b) 。 void main() point p; p.f1(1,3); main的运行栈 3 1 参数个数=3 返回地址 main.bpbp sp f1()local 对象p 堆 x y z this指针 4如何实现？ 问题：对象在操作过程中所需要的信息 从哪里获得？ n类的定义 n对象声明 n对象的创建 n对象的操作 如何实现？ 类定义 类信息 类成员函数汇编代码 对象操作 类名 成员函数列表 成员变量列表 需要的内存空间 4.1中间形式 point xyzinit 类声明 class point int x; int y; int z; void init(int a, int b , int c) x = a; y = b; z = c; a bc 语句 cls-declaration class id var-declaration | fun-declaration 类成员变 量声明 类定义 节点 类成员 函数 类使用： void main() point p; p = new point(); p. init(3,2,3); p.z = 6; p.z = p.x + p.y; main p p null pnew point() p.z6 init 3 2 3 varid | id.id | this.id var = new id ( args ) call id( args )| id.id (args) 成员函数 调用节点 null a b c 4.2符号表 类名 point 成员函数列表 成员变量列表 init 参数列表 局部变量列表 其它成员函数 x int 偏移 0 y int 偏移 1 z int 偏移 2 4.3目标代码生成 对象操作 对象创建 调用成员函数 访问成员变量 在堆上分配空间 产生对象地址 需要this指针 关联到对象 需要对象地址 作为变量偏移基准 对象声明类似于普通变量声明 4.3.1对象创建 实现 n为对象在堆中分配空间 n目标机器指令系统中增加了new指令 主要完成在堆上按照对象的需要分配空间 的工作 p = new point(); 生成代码 new p引用地址，point new p point 4.3.2 成员函数的调用 n成员函数调用分两种情况： n在类定义外部调用成员函数 n在成员函数内部调用其它的成员函数 在类定义外部调用成员函数 point p; p = new point(); p.init(); 等价于 point_init(p); 生成代码如下： ;函数参数入栈 mov ax , bp+3 push ax ;对象地址入栈 call point_init p 成员函数调用 节点 init 函数名 参数列表 不包括this 在成员函数内部调用成员函数 class point f1(); f2(); 其中 point:f1() f2(); 转化为 point_f1(point this) point_f2(this); 生成代码如下： mov ax, bp-1；取得this指针 push ax call point_f2 f2 函数调用 节点 参数列表 不包括this 4.3.3 成员变量的访问 n成员变量访问也分两种情况: n在成员函数内部访问成员变量 n在类定义外部访问成员变量 在类定义外部访问成员变量 point p; p = new point(); p.x = 1; (假设p的地址为bp+3) 生成代码如下： new bp+3 point mov ax , 1 mov bp+3_0 , ax ; x的偏移地址为0; 赋值节点 1 p 对象成员变量 节点 x 举例 l成员函数外 p.x = p.y + p.z; 生成代码 mov ax , bp+3_2 mov bx, ax mov ax, bp+3_1 add ax, bx mov bp+3_0, ax 赋值节点 + p 对象成员变量 节点 x p 对象成员变量 节点 y p 对象成员变量 节点 z 在成员函数内部访问成员变量 class point int a; f1(int x) a = x; 转化为 f1(point this, int x) this.a = x; 生成代码如下： (变量a的地址可以在bp-1处取得) mov ax , 1 mov bp-1_0 , ax = 1 this.a 在堆上寻址；对象地址+ 成员变量的偏移地址 成员变量的访问 与 成员函数的调用 小结 n成员变量访问分两种情况: n需要解决的关键在于：如何找到要操作的成员变量的 地址 n解决方法：首先取得对象地址,然后加上变量本身的偏 移量（可以在符号表中获得） n成员函数的调用也分两种情况： n需要解决的关键在于：如何找到调用该操作的对象的 地址 n解决方法：通过参数this给出 代码实现 n符号表的设计 n中间表示的设计 n目标代码目标代码在虚拟机中的运行 目标代码的生成 符号表中的变化 对象实现（类信息） 类名 成员函数列表 成员变量列表 需要的内存空间 public class classinfo public string class_name; public int membervar_size; /用来列出所有的成员变量 public hashtable membervar_list; /用来列出所有的成员函数 public hashtable memberfun_list; 修改函数符号表 函数名 局部变量列表 参数列表 返回类型 函数类型 函数地址 函数所需栈大小 public class funinfo public string fun_name; public string ret_type; /0:void 1:int 2:user_defined_type public int para_size;/所有局部变量所占空间的大小； public hashtable paravar_list;/列出所有的参数变量的位置 public int local_size; public hashtable localvar_list; /同上 public int entry_addr;/入口地址 public methodtype type;/函数类型 public enum methodtype global,member； 修改变量表 变量名 变量类型 是否数组 变量大小 变量位置 变量地址 全局 局部 成员 参数 public enum place global,local, para，member /varinfo public class varinfo public string var_name; public string var_type; public int isarray; / 0:simplevar 1:array(一维数组) public int arraysize; public int rva; /offset /参数变量？局部变量？全局变量？成员变量？ public place place; 源程序中间表示目标代码 对象创建： p = new point(); newstm p point new p的地址 , point 会在堆上分配空间，并且由p的地址指向在堆上的位置 目标代码在虚拟机中的运行 void run() init();装入 symtable and asmcode; while(1) switch(codepc.op) case “push“:push(operand1);break; case “pop“: pop(operand1);break; case “mov“: mov(operand1,operand2);break; case “add“: add(operand1,operand2);break; case “jmp“: jmp(operand1);break; case “new“: new(operand1,operand2);break; case “halt“:halt();break; default:break; /*new: 将创建一个对象所需要的所有动作都结合到new运算符中，包括：在堆里为对 象分配内存，初始化该内存，返回一个指向对象的指针。 pet = new pet(1,2); 分配内存，返回堆上对象地址。 new objectvaraddr classname; 查找类xx，在heap上分配成员变量空间；设置类 对象指针*/ void new(string arg, string clsname) int mvsize = -1; classinfo cs = sr.getcs(clsname); /assert(cs!=null); mvsize = cs.membervar_size; int addr = index(arg); if(mvsize-1) this.stackaddr=cpu.hp; for(int i=0;imvsize;i+) this.heapcpu.hp=0; cpu.hp+; 编译器中目标代码生成 void assignstm(treenode tn) string varaddr=“; switch(tn.child0.ntype) varaddr=;/*取得变量的地址*/ if(tn.child1.ntype=nodetype.newstm) if(tn.child1.child0!=null) code tmpcode1 = this.nextcode(); tmpcode1.op = “new“; tmpcode1.arg1 = varaddr; tmpcode1.arg2 = tn.child1.child0.nodestr; /expprocess(tn.child1.child0); else newstm p point tn 目标代码生成举例 对象操作： p = new point(); p.init(0, 0); p.x=3; p.y=5; newstm p point p= init 00 p.x3p.y5 newstm p point p= init 00 p.x3p.y5 new bp+3,point