C++写语义分析与中间代码生成逆波兰式

语义分析是编译器中的一项重要工作，它的主要作用是对源程序进行分析，检查源程序是否符合语法规则，并且确定其语义含义。中间代码生成是编译器的另一项重要工作，它的主要作用是将源程序转换成一种中间表示形式，方便后续的优化和目标代码生成。

以下是一个简单的C++程序的语义分析和中间代码生成的示例，该程序实现了逆波兰式的计算：

#include <iostream>
#include <stack>
#include <string>
#include <sstream>
using namespace std;

// 语义分析
int evaluate(string expr) {
    stack<int> s;
    istringstream iss(expr);
    string token;
    while (iss >> token) {
        if (token == "+") {
            int b = s.top(); s.pop();
            int a = s.top(); s.pop();
            s.push(a + b);
        } else if (token == "-") {
            int b = s.top(); s.pop();
            int a = s.top(); s.pop();
            s.push(a - b);
        } else if (token == "*") {
            int b = s.top(); s.pop();
            int a = s.top(); s.pop();
            s.push(a * b);
        } else if (token == "/") {
            int b = s.top(); s.pop();
            int a = s.top(); s.pop();
            s.push(a / b);
        } else {
            int x = stoi(token);
            s.push(x);
        }
    }
    return s.top();
}

// 中间代码生成
string to_rpn(string expr) {
    stack<string> s;
    istringstream iss(expr);
    string token, rpn;
    while (iss >> token) {
        if (token == "(") {
            s.push(token);
        } else if (token == ")") {
            while (!s.empty() && s.top() != "(") {
                rpn += s.top() + " ";
                s.pop();
            }
            s.pop();
        } else if (token == "+" || token == "-") {
            while (!s.empty() && s.top() != "(") {
                rpn += s.top() + " ";
                s.pop();
            }
            s.push(token);
        } else if (token == "*" || token == "/") {
            while (!s.empty() && (s.top() == "*" || s.top() == "/")) {
                rpn += s.top() + " ";
                s.pop();
            }
            s.push(token);
        } else {
            rpn += token + " ";
        }
    }
    while (!s.empty()) {
        rpn += s.top() + " ";
        s.pop();
    }
    return rpn;
}

int main() {
    string expr = "3 + 4 * (2 - 1)";
    string rpn = to_rpn(expr);
    cout << "中缀表达式：" << expr << endl;
    cout << "逆波兰式：" << rpn << endl;
    cout << "计算结果：" << evaluate(rpn) << endl;
    return 0;
}

在这个示例程序中，我们首先定义了两个函数 `evaluate` 和 `to_rpn`，分别用于计算逆波兰式的值和将中缀表达式转换成逆波兰式。在 `to_rpn` 函数中，我们使用了一个栈来保存操作符，遍历中缀表达式中的所有元素，如果是一个操作数，则直接输出到逆波兰式中；如果是一个左括号，则将其压入栈中；如果是一个右括号，则将栈中的元素弹出直到遇到左括号，并将这些操作符输出到逆波兰式中；如果是一个操作符，则将栈中的元素弹出直到遇到一个优先级低于或等于它的操作符，并将这些操作符输出到逆波兰式中，最后将当前操作符压入栈中。在 `evaluate` 函数中，我们同样使用了一个栈来保存操作数，遍历逆波兰式中的所有元素，如果是一个操作数，则将其压入栈中；如果是一个操作符，则从栈中弹出相应数量的操作数进行计算，并将计算结果压入栈中，最后输出栈顶的元素即为逆波兰式的值。

通过这个例子，我们可以看到语义分析和中间代码生成在编译器中的重要性，能够帮助我们更好地理解编译器的工作原理。