编译原理之语义分析

作用域（Scope）

作用域是指计算机语言中变量、函数、类等起作用的范围

• 变量的作用域有大有小，外部变量在函数内可以访问，而函数中的本地变量，只有本地才可以访问。
• 变量的作用域，从声明以后开始。
• 在函数里，我们可以声明跟外部变量相同名称的变量，这个时候就覆盖了外部变量。
• 变量的使用范围由作用域决定，作用域由词法规则决定，词法分析生成作用域链，之后查找变量就沿着这条作用域链查找，与函数调用栈就没有关系了。一般函数的生存期就是出栈后就结束了，如果是引用对象会在本次GC中回收，如果产生了闭包，那就要等到引用闭包的变量销毁，生存期才结束。

生存期（Extent）

生存期是变量可以访问的时间段，也就是从分配内存给它，到收回它的内存之间的时间。

• Java 对象所采用的内存超出了申请内存时所在的作用域，所以也就没有办法自动收回。所以 Java 采用的是自动内存管理机制，也就是垃圾回收技术。

程序运行过程中栈的变化

• 代码执行时进入和退出一个个作用域的过程，可以用栈来实现。每进入一个作用域，就往栈里压入一个数据结构，这个数据结构叫做栈桢（Stack Frame）。栈桢能够保存当前作用域的所有本地变量的值，当退出这个作用域的时候，这个栈桢就被弹出，里面的变量也就失效了。
• 变量的使用范围由作用域决定，作用域由词法规则决定，词法分析生成作用域链，之后查找变量就沿着这条作用域链查找，与函数调用栈就没有关系了。一般函数的生存期就是出栈后就结束了，如果是引用对象会在本次GC中回收，如果产生了闭包，那就要等到引用闭包的变量销毁，生存期才结束。

根据类型检查是在编译期还是在运行期进行的，我们可以把计算机语言分为两类：

静态类型语言（全部或者几乎全部的类型检查是在编译期进行的）。

动态类型语言（类型的检查是在运行期进行的）。

类型系统

高级语言为什么要增加类型这种机制呢？

类型是针对一组数值，以及在这组数值之上的一组操作。比如，对于数字类型，你可以对它进行加减乘除算术运算，对于字符串就不行。

• 类型是高级语言赋予的一种语义，有了类型这种机制，就相当于定了规矩，可以检查施加在数据上的操作是否合法。因此类型系统最大的好处，就是可以通过类型检查降低计算出错的概率。所以，现代计算机语言都会精心设计一个类型系统，而不是像汇编语言那样完全不区分类型。

根据类型检查是在编译期还是在运行期进行的，我们可以把计算机语言分为两类：

• 静态类型语言（全部或者几乎全部的类型检查是在编译期进行的）。
• 动态类型语言（类型的检查是在运行期进行的）。

静态类型和动态类型说的是什么时候检查的问题，强类型和弱类型说的是就算检查，也检查不出来，或者没法检查的问题。

面向对象的语义特征

从类型角度

• 类型处理是语义分析时的重要工作。现代计算机语言可以用自定义的类来声明变量，这是一个巨大的进步。因为早期的计算机语言只支持一些基础的数据类型，比如各种长短不一的整型和浮点型，像字符串这种我们编程时离不开的类型，往往是在基础数据类型上封装和抽象出来的。所以，我们要扩展语言的类型机制，让程序员可以创建自己的类型。

从作用域角度

• 首先是类的可见性。作为一种类型，它通常在整个程序的范围内都是可见的，可以用它声明变量。当然，一些像 Java 的语言，也能限制某些类型的使用范围，比如只能在某个命名空间内，或者在某个类内部。
• 对象的成员的作用域是怎样的呢？我们知道，对象的属性（“属性”这里指的是类的成员变量）可以在整个对象内部访问，无论在哪个位置声明。也就是说，对象属性的作用域是整个对象的内部，方法也是一样。这跟函数和块中的本地变量不一样，它们对声明顺序有要求，像 C 和 Java 这样的语言，在使用变量之前必须声明它。

从生存期的角度

• 对象的成员变量的生存期，一般跟对象的生存期是一样的。在创建对象的时候，就对所有成员变量做初始化，在销毁对象的时候，所有成员变量也随着一起销毁。当然，如果某个成员引用了从堆中申请的内存，这些内存需要手动释放，或者由垃圾收集机制释放。
• 但还有一些成员，不是与对象绑定的，而是与类型绑定的，比如 Java 中的静态成员。静态成员跟普通成员的区别，就是作用域和生存期不同，它的作用域是类型的所有对象实例，被所有实例共享。生存期是在任何一个对象实例创建之前就存在，在最后一个对象销毁之前不会消失。