C编译器剖析_3.3 语法分析_C语言的外部声明(2)

来源：互联网发布：尚观云计算编辑：程序博客网时间：2024/06/04 18:54

在上一小节中，我们讨论了C标准文法的“外部声明ExternalDeclaration”，介绍了“声明Declaration”和“函数定义FunctionDefintion”这两类外部声明，分别举了以下代码作为例子，在图3.3.4和图3.3.7中给出了这两者对应的语法树。

static const int a1= 3, * a2, a3[5],a4(void);//声明Declaration
int * fn(int aa,double bb,double cc){           //函数定义FunctionDefinition
         return NULL;
}

我们需要对ucl\decl.c的其他代码进行分析，才能更好理解图3.3.4和图3.3.7的语法树是如何构造出来的。这里可能有个问题，程序的原作者在编程时，在其脑海中就已经有其要构造的语法树的整体轮廓；但是，程序的阅读者在缺乏文档的情况下，只有读完大部分代码，做过分析后才能重构出这棵语法树的概貌。另一个问题是，C标准文法刻画的是C语言这样的无穷集合，不同的C程序对应不同的语法树，而在书中，我们只能选取一些如上所示的简单而又有一定代表性的代码来举例，在还没有介绍完ucl\decl.c的所有函数时，就提前给出形如图3.3.4和图3.3.7这样的语法树预览图，之后结合语法树，就可以更好地阅读和分析ucl\decl.c中的代码。这有点类似于“玩拼图”，在开始动手拼图时，如果能提前知道最终要完成的图案，那应该会更容易些。

通过上一小节的讨论，我们知道对于“声明”和“函数定义”这两类“外部声明”的分析主要是由ParseCommonHeader()来完成，这个所谓的公共前缀”CommonHeader”实际上就是声明Declaration的候选式；而对于函数定义FunctionDefinition，我们也只是先把其前缀“误当”成和Declaration一样，这样“声明”和“函数定义”才会有如下侯选式所示的CommonHeader，至于两者不一样的地方，我们已经在讨论ParseExternalDeclaration()时进行过修正。

Declaration:
DeclarationSpecifiers InitDeclaratorList_opt ;

与这个产生式Declaration对应的例子，例如：

static const int a1 = 3, * a2, a3[5],a4(void);

因此，在ParseCommonHeader()函数的基础上，来实现对“声明Declaration”的分析，就是易如反掌的事情，如图3.3.9所示。因为全局变量的声明属于外部声明，已在函数ParseExternalDeclaration()中完成分析，所以此处的ParseDeclaration()函数主要是在ParseCompoundStatement()函数中被调用，用于对局部变量的声明的分析。

图3.3.9 ParseDeclaration()

在对“声明Declaration”的相关代码做进一步分析前，让我们再次强调一下，上述产生式中的声明说明符DeclarationSpecifiers对应的是形如”static const int”这样的字符串，int和double等基本类型的处理相对比较简单，这里我们将重点讨论的是“结构或联合说明符StructOrUnionSpecifier”。而可带初值的声明符(即InitDeclarator)对应的是形如”a1 = 3”这样的字符串。我们在第1章讨论ucc\examples\sc时就已介绍过声明符Declarator的概念，在标准C中，可为声明符加上初始化值，构成InitDeclarator，而多个InitDeclarator则构成上述产生式中的InitDeclaratorList。前文所述的a1, * a2,a3[5]和a4(void)都是C语言中的声明符。声明符Declarator中包含了数组、指针和函数等类型信息，而声明说明符DeclarationSpecifiers中则包含了“int和double等基本类型”、结构体类型、联合体类型和枚举类型等信息，两者结合在一起，就构成了C语言的声明Declaration。C程序员通过编写一个声明，来构造一个类型表达式，C编译器利用这些类型表达式来构建类型系统。

如果去掉上述声明符中的形如a1，a2，a3和a4这样的标志符，剩下的字符串就对应C标准文法中抽象声明符AbstractDeclarator的概念。引入“抽象声明符”的原因在于，在C语言的sizeof()表达式、函数声明中的形参和强制类型转换中，我们关注的类型信息，并不是去声明一个变量，此时，并不需要声明符中的标志符，如下所示。

sizeof(int * [4]);                 // sizeof(TypeName)
void fdecl(int (*)[4]);         //      ParameterDeclaration in functiondeclaration
(int *) ptr;                            //      (TypeName) UnaryExpression

由于引入了抽象声明符AbstractDeclarator来刻画函数声明中的形参，所以C标准文法就不能延用之前的非终结符Declaration来描述形参声明，需要另外创建一个被称为“形式参数声明ParameterDeclaration”的非终结符来表达，其产生式如下所示。这个产生式意味着，”void f(int);”和”void f(int a);”都是合法的声明，即在形参声明中，跟在“声明说明符DeclarationSpecifiers”之后的可以是声明符Declarator，也可以是抽象声明符AbstractDeclarator。

parameter-declaration:

declaration-specifiers declarator

declaration-specifiers abstract-declarator

标准C文法中，还引入了“结构体成员声明符StructDeclarator”的概念，主要是用于描述如下所示的结构体位域成员offset和number。

struct Entry{

int offset:12;

int number:20;

int date;

}

“结构体成员声明符StructDeclarator”对应的产生式如下所示，对于结构体定义中的非位域成员，例如上述结构体的date域，我们就完全可以用之前介绍过的“声明符Declarator”来描述。因此，我们看到“结构体声明符StructDeclarator”有两个侯选式。

struct-declarator:

declarator
declarator_opt :constant-expression

由于结构体只是用来描述数据结构的，在结构体内部的声明中，我们不需要static、register和auto等跟存储有关的声明说明符。这些信息，只有在需要为整个结构体对象分配存储位置时才需要说明。如果允许结构体内部的声明中出现register和auto等，就可能出现如下情况，data1被建议放在寄存器中，而data2要放于内存栈中，这明显矛盾。

struct Data{

auto int data2; //StructDeclaration 结构体成员声明

};

最终，在C标准文法中，与结构体中成员声明相关的产生式如下所示。从前述的形如”static const int”的声明说明符中删去static，剩下的形如”const int”的说明符就对应如下的“类型说明符和类型限定符列表SpecifierQualifierList”的概念。简单来说，看到非终结符SpecifierQualifierList，我们脑子里浮现出形如”const int”这样的字符串就OK了。而看到声明说明符DeclarationSpecifiers，脑子里出现”staticconst int”就又O了。

struct-declaration:
         specifier-qualifer-list struct-declarator-list ;
specifier-qualifier-list:
type-specifier specifier-qualifier-list_opt
type-qualifier specifier-qualifier-list_opt
struct-declarator-list:
       struct-declarator
         struct-declarator-list, struct-declarator

至此，我们介绍了C标准文法中的3类声明符和对应的3类声明，它们是：

(1) 用于描述全局或局部变量的Declarator，对应的声明是Declaration。Declarator中包含了标志符。

(2) 用于描述无名形参等与类型相关信息的AbstractDeclarator，对应的声明是ParameterDeclaration。引入AbstractDeclarator的目的是删去Declarator中的标志符。

(3) 用于描述结构体中某成员的StructDeclarator，对应的声明是StructDeclaration。引入StructDeclarator的目的是为了支持结构体位域成员。

而为了支持全局变量和局部变量的初始化，引入了“初始化声明符InitDeclarator”的概

念，与之相关的产生式如下所示。看到InitDeclarator，我们脑子里闪现的应是形如”a= 3”这样的式子。

init-declarator:

declarator

declarator = initializer

我们知道，在C语言中可以有如下所示的初始化，对于结构体对象和数组的初始化其实是相对比较复杂的，C编译器在语义检查时也是要花费一番功夫的。

int a = 3;

int b[10][20] = { {1,2},{3,4},{5,6,7}};

我们需要引入一个称为“初始化值Initializer”的概念来刻画形如”3”和” { {1,2},{3,4},{5,6,7}}”这样的用来做变量初始化的值。与Initializer相关的产生式如下所示：

initializer:

assignment-expression
{ initializer-list }
{ initializer-list , }

initializer-list:

initializer

nitializer-list, initialize

由上述产生式，我们可以知道，我们在3.1节介绍过的AssignmentExpression就可

以作为一个Initializer来使用，例如整数”3”。而“初值列表InitializerList”则是若干个由逗号隔开的Initializer构成，例如”3,4,5,6,7”。如果给这个初值列表再加上一对大括号，则构成了”{3,4,5,6,7}”，这又可以当作用于一维数组进行初始化的初值Initializer。所以在上述产生式中，我们看到{initializer-list }是initializer的一个侯选式。而候选式{ initializer-list , }只是多加了一个逗号而已，纯属满足不同C程序员的不同审美观，这意味着有些C程序员看到”{3,4,5,6,7,}”时会心情更舒畅些。

子曾经曰过，“必也正名乎”。在这一小节，我们对《K&R》附录中与声明相关的C标准文法做了简要介绍，在熟悉这些概念后，再进行ucl\decl.c的代码阅读，就真的会如孔老夫子所说的“名正言顺”。谈到“名正言顺”，我们就顺便对之前未提及的一个细节进行说明一下。在UCC的源代码中，我们看到ParseDeclarationSpecifiers()这样的函数名，但在C标准文法中，我们遇到的却是”declaration-specifiers”，有时我们为了讨论方便，也就直接用函数名中的DeclarationSpecifiers来代表正式文法中的非终结符declaration-specifiers了。而在UCC的源代码注释中，我们又会看到用形如[declaration-specifiers]这样的式子，来表示declaration-specifiers可有可无，但在C标准文法中看到的是declaration-specifiers_opt，原因其实很简单，在源代码编辑器中，没办法如Word那样标出下标opt来，所以就用一对方括号来表示可用可无。

下一小节，就让我们名正言顺地去分析与声明相关的代码。阅读《K&R》附录中那6页薄薄的C标准文法的窍门在于，要想到这个非终结符是用来描述什么样的字符串，例如，看到DeclarationSpecifiers，我们能想到形如”staticconst int”就OK，其他的事情就要相信我们自己大脑的联想能力了。

Declaration      形如 int a1=3, * a2, a3[5],a4(void);
                            其中int可用其他DeclarationSpecifiers来替代
Declarator        形如   a1, * a2, a3[5]和a4(void)
InitDeclarator 形如   a1 = 3，着眼点是”=3”
AbstractDeclarator 形如         int (*)[4]中的”(*)[4]”，出发点是“无名”
StructDeclarator      形如 b:20，重点是”:20”的位域说明
DeclarationSpecifiers 形如 “static constint”，
                           其中类型说明符int也可用StructOrUnionSpecifier来替换
SpecifierQualifierList 形如 “const int”
StructOrUnionSpecifier 形如   struct Data{
                       int a;         // StructDeclaration
                       int b:20;      // StructDeclaration
                               }

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