三地址碼簡(jiǎn)介

三地址碼（Three Address Code）是一種最常用的中間語(yǔ)言，編譯器可以通過(guò)它來(lái)改進(jìn)代碼轉(zhuǎn)換效率。每個(gè)三地址碼指令，都可以被分解為一個(gè)四元組（4-tuple）的形式：（運(yùn)算符，操作數(shù)1，操作數(shù)2，結(jié)果）。由于每個(gè)陳述都包含了三個(gè)變量，即每條指令最多有三個(gè)操作數(shù)，所以它被稱為三地址碼。

編譯器

編譯器（compiler），是一種計(jì)算機(jī)程序，它會(huì)將用某種編程語(yǔ)言寫(xiě)成的源代碼（原始語(yǔ)言），轉(zhuǎn)換成另一種編程語(yǔ)言（目標(biāo)語(yǔ)言）。

它主要的目的是將便于人編寫(xiě)、閱讀、維護(hù)的高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言所寫(xiě)作的源代碼程序，翻譯為計(jì)算機(jī)能解讀、運(yùn)行的低階機(jī)器語(yǔ)言的程序，也就是可執(zhí)行文件。編譯器將原始程序（source program）作為輸入，翻譯產(chǎn)生使用目標(biāo)語(yǔ)言（target language）的等價(jià)程序。源代碼一般為高級(jí)語(yǔ)言（High-level language），如Pascal、C、C++、C# 、Java等，而目標(biāo)語(yǔ)言則是匯編語(yǔ)言或目標(biāo)機(jī)器的目標(biāo)代碼（Object code），有時(shí)也稱作機(jī)器代碼（Machine code）。

一個(gè)現(xiàn)代編譯器的主要工作流程要通常要經(jīng)過(guò)預(yù)處理、編譯、匯編、鏈接等步驟。關(guān)于編譯器的工作流程的介紹，可參考：從C源代碼到可執(zhí)行文件的四個(gè)過(guò)程：預(yù)處理、編譯、匯編、鏈接

中間語(yǔ)言

中間語(yǔ)言（Intermediate language），有時(shí)也稱為中間表示（Intermediate Rrepresentation，IR）在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，是指一種應(yīng)用于抽象機(jī)器（abstract machine）的編程語(yǔ)言，它設(shè)計(jì)的目的，是用來(lái)幫助我們分析計(jì)算機(jī)程序。這個(gè)術(shù)語(yǔ)源自于編譯器，在編譯器將源代碼編譯為目的碼的過(guò)程中，會(huì)先將源代碼轉(zhuǎn)換為一個(gè)或多個(gè)的中間表述，以方便編譯器進(jìn)行最佳化，并最終產(chǎn)生出目的機(jī)器的機(jī)器語(yǔ)言。通常，中間語(yǔ)言的設(shè)計(jì)與一般的機(jī)器語(yǔ)言有三個(gè)不同之處：

• 每個(gè)指令代表僅有一個(gè)基本的操作。舉例來(lái)說(shuō)，在微處理器中出現(xiàn)的 shift-add 定址模式在中間語(yǔ)言不會(huì)出現(xiàn)。
• 指令集內(nèi)可能不會(huì)包含控制流程的資訊。
• 暫存器可用的數(shù)量可能會(huì)很大，甚至沒(méi)有限制。

最常見(jiàn)的中間語(yǔ)言表述形式，是三位址碼（Three address code），常簡(jiǎn)稱為 TAC 或 3AC。

這個(gè)術(shù)語(yǔ)也同時(shí)用來(lái)代稱一些作為中間層的語(yǔ)言，有些高級(jí)語(yǔ)言不會(huì)輸出為機(jī)器語(yǔ)言，它們僅會(huì)輸出這種中間語(yǔ)言，而這些中間語(yǔ)言則會(huì)像一般語(yǔ)言一樣，提交給編譯器，編譯為機(jī)器語(yǔ)言。這通常被用于讓最佳化的過(guò)程更簡(jiǎn)單，也用于增進(jìn)可移植性的能力，改進(jìn)移植的方式則是利用中間語(yǔ)言的編譯器，可以編譯出許多中央處理器及操作系統(tǒng)可使用的機(jī)器碼，例如C語(yǔ)言。中間語(yǔ)言的復(fù)雜度，通常介于高階語(yǔ)言及低級(jí)語(yǔ)言之間，例如匯編語(yǔ)言。

四元式

四元式主要由四部分組成：OP，arg1，arg2，result，即（操作符，操作數(shù)1，操作數(shù)2，結(jié)果），

其中，OP是運(yùn)算符，arg1，arg2分別是第一和第二個(gè)運(yùn)算對(duì)象，result是編譯程序?yàn)榇娣胖虚g運(yùn)算結(jié)果而引進(jìn)的變量，常稱為臨時(shí)變量。當(dāng)OP是一目運(yùn)算時(shí)，常常將運(yùn)算對(duì)象定義為arg1。

例如 X = a*b+c/d 的四元式序列：

(*, a, b, T1)

(/, c, d, T2)

(+, T1, T2, T3)

(=, T3, -, X)

• 四元式出現(xiàn)的順序和語(yǔ)法成份的計(jì)值順序相一致。
• 四元式之間的聯(lián)系是通過(guò)臨時(shí)變量實(shí)現(xiàn)的，這樣易于調(diào)整和變動(dòng)四元式。
• 便于優(yōu)化處理。

三地址碼

三地址代碼是四元式的另一種表示形式。每個(gè)三地址碼指令，都可以被分解為一個(gè)四元式（4-tuple）。因?yàn)槊總€(gè)陳述都包含了三個(gè)變量，所以它被稱為三地址碼。

上面例子 X = a*b+c/d 的三地址序列：

t1=a*b

t2=c/d

t3=t1+t2

X=t3

常用的三地址碼（三地址碼形式和四元組形式）

序號(hào)指令類型指令形式備注

1	賦值指令	x = y op zx = op y	op為運(yùn)算符
2	復(fù)制指令	x = y
3	條件跳轉(zhuǎn)	if x relop y goto n	relop為關(guān)系運(yùn)算符
4	非條件跳轉(zhuǎn)	goto n	跳轉(zhuǎn)到地址n的指令
5	參數(shù)傳遞	param x	將x設(shè)置為參數(shù)
6	過(guò)程調(diào)用	call p,n	p為過(guò)程的名字n為過(guò)程的參數(shù)的個(gè)數(shù)
7	過(guò)程返回	return x
8	數(shù)組引用	x=y[i]	i為數(shù)組的偏移地址，而不是下標(biāo)
9	數(shù)組賦值	x[i]=y
10	地址及指針操作	x=&yx=*y *x=y

將上表的三地址指令用四元式表示

x = y op z( op , y , z , x)

x = op y	( op , y , _ , x)
x = y	( = , y , _ , x)
if x relop y goto n	( relop , x , y , n)
goto n	( goto , _ , _ , n)
param x	( param , _ , _ , x)
call p,n	( call , p , n , _)
return x	( return , _ , _ , x)
x=y[i]	( =[] , y , i , x) ps: y為基地址，i為偏移地址
x[i]=y	( []= , y , x , i)
x=&y	( & , y , _ , x)
x=*y	( =* , y , _ , x)
*x=y	( *= , y , _ , x)

每一個(gè)指令只有一個(gè)操作符，那么只完成一個(gè)動(dòng)作，這樣看來(lái)，三地址指令序列唯一確定了運(yùn)算完成的順序。

中間代碼生成的例子

while a<b doif c<5 thenwhile x>y doz=x+1;else x=y;

100到112為指令的編碼，從100到112順序執(zhí)行。

100: ( j<, a, b, 102 )如果a<b ,那么跳轉(zhuǎn)到102指令，否則繼續(xù)執(zhí)行101指令

101: ( j , -, -, 112 )	該指令為無(wú)條件指令，跳轉(zhuǎn)到112
102: ( j<, c, 5, 104 )	如果c<5 ,那么跳轉(zhuǎn)到104指令，否則繼續(xù)執(zhí)行103指令
103: ( j , -, - , 110 )	該指令為無(wú)條件指令，跳轉(zhuǎn)到110
104: ( j>, x, y, 106 )	如果x>y ,那么跳轉(zhuǎn)到106指令，否則繼續(xù)執(zhí)行105指令
105: ( j , -, - , 100 )	該指令為無(wú)條件指令，跳轉(zhuǎn)到100
106: ( + , x, 1 , t1 )	x+1的值賦值給t1
107: ( = , t1, - , z )	t1的值賦值給z，106和107完成了一條語(yǔ)句
108: ( j , -, - , 104 )	該指令為無(wú)條件指令，跳轉(zhuǎn)到104
109: ( j , -, - , 100 )	該指令為無(wú)條件指令，跳轉(zhuǎn)到100
110: (= , y, - , x )	把y賦值給x，然后執(zhí)行111指令
111: ( j , -, - , 100 )	該指令為無(wú)條件指令，跳轉(zhuǎn)到100
112:	結(jié)束

中間表示IR的演變歷史

計(jì)算機(jī)科學(xué)家提出三地址代碼的理由如下：三地址代碼是一種線性IR。由于輸入源程序及輸出目標(biāo)程序都是線性的，因此，線性IR有著其他形式無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。另外，相對(duì)于其他表示形式而言，程序員對(duì)于線性表示形式通常會(huì)有一種莫名的親切感，編譯器設(shè)計(jì)者當(dāng)然也不例外。早期編譯器設(shè)計(jì)者往往都是匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的高手，可以非常自然、流暢地閱讀線性的三地址代碼形式。同時(shí)，線性表示形式也會(huì)降低輸入輸出的實(shí)現(xiàn)難度。隨著編譯器"端"、"遍"等概念的出現(xiàn)，IR已經(jīng)不僅僅是一種存儲(chǔ)在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。有時(shí)它也需要以文件形式轉(zhuǎn)存輸出，作為接口供其他系統(tǒng)讀取使用。

那么，一定有讀者會(huì)心存疑問(wèn)：為什么將其設(shè)計(jì)為"三地址"的形式呢？實(shí)際上，這是計(jì)算機(jī)科學(xué)家經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐探索后才得到共識(shí)的。三地址代碼并不是唯一的線性IR，只能說(shuō)是最為常見(jiàn)的而已。在編譯技術(shù)領(lǐng)域，二地址代碼、單地址代碼（即棧式機(jī)代碼）都曾出現(xiàn)過(guò)，也曾在某些應(yīng)用領(lǐng)域盛行一時(shí)，尤其是單地址代碼。

二地址代碼比較簡(jiǎn)單，就是選擇其中一個(gè)對(duì)象同時(shí)充當(dāng)運(yùn)算分量與目標(biāo)操作數(shù)。在早期，二地址代碼主要就是著眼于x86機(jī)器而提出的。不過(guò)，實(shí)踐證明，這只是人們的一廂情愿而已，即使是針對(duì)x86機(jī)器，二地址的優(yōu)勢(shì)也并不明顯，它反而可能會(huì)給編譯器帶來(lái)一定的麻煩，所以這種表示形式已經(jīng)逐步被淘汰了。

然而，單地址代碼的情況則截然不同了，在現(xiàn)代編譯器設(shè)計(jì)中，單地址代碼也是應(yīng)用比較廣泛的一種IR。尤其是近年隨著混合語(yǔ)言的日漸壯大，單地址代碼也重新進(jìn)入了人們的視野。由于執(zhí)行單地址代碼程序的棧式機(jī)架構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，可以非常方便地構(gòu)造相關(guān)的解釋器或虛擬機(jī)，所以單地址代碼深受混合語(yǔ)言設(shè)計(jì)者的歡迎。讀者熟悉的Java字節(jié)碼、.NET的IL都是單地址代碼。棧式機(jī)或者單地址代碼與常見(jiàn)的x86體系結(jié)構(gòu)相差甚遠(yuǎn)，可能讀者所知不多。不過(guò)，單地址代碼還是一種比較有意思的表示形式，因此，筆者想通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例讓讀者對(duì)單地址代碼有所了解。

三地址代碼是在二地址代碼的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。二地址代碼的不足之處在于它通常會(huì)給其中一個(gè)源操作分量帶來(lái)一定副作用。當(dāng)然，這種設(shè)計(jì)的靈感最初是來(lái)源于x86指令系統(tǒng)的，但是卻忘了一個(gè)重要的區(qū)別：x86指令中往往都是以寄存器作為暫存空間的。而暫存空間對(duì)于二地址代碼卻是一個(gè)棘手的問(wèn)題。為了解決二地址代碼的不足，人們提出了一個(gè)對(duì)源操作分量不產(chǎn)生任何副作用的形式，那就是三地址代碼。也就是說(shuō)，在一行三地址代碼中，任何運(yùn)算都不會(huì)改變兩個(gè)源操作分量。這是三地址代碼與二地址代碼的主要區(qū)別。這個(gè)特性是非常重要的，它將使得編譯器更自由地復(fù)用名字與值，不必考慮代碼帶來(lái)的副作用。

一般來(lái)說(shuō)，三地址代碼的大多數(shù)操作都是由四項(xiàng)組成，即一個(gè)操作碼和三個(gè)地址。不過(guò)，三地址代碼同樣存在級(jí)別差異。隨著語(yǔ)言復(fù)雜性的提高，在現(xiàn)代編譯器設(shè)計(jì)中，三地址代碼的級(jí)別概念顯得尤其重要。根據(jù)編譯器設(shè)計(jì)的需要，有些三地址代碼可能近似于源語(yǔ)言，而有些三地址代碼則更接近于目標(biāo)語(yǔ)言。當(dāng)然，級(jí)別主要就是取決于三地址代碼的操作符及操作分量的復(fù)雜性。下面，筆者就操作符及操作分量這兩個(gè)話題來(lái)討論三地址代碼。

操作符是用于標(biāo)識(shí)三地址代碼操作含義的元素。根據(jù)源語(yǔ)言、目標(biāo)語(yǔ)言的特點(diǎn)，三地址代碼操作符的集合以及抽象程度是各不相同的。其中，抽象程度是三地址代碼設(shè)計(jì)中的重要因素之一。一般而言，三地址代碼將包含大部分低級(jí)操作，即目標(biāo)機(jī)所支持的指令。不過(guò)，這并不意味著三地址代碼就是機(jī)器指令系統(tǒng)的映射。設(shè)計(jì)者應(yīng)該從便于后端處理的角度考慮，盡可能地發(fā)揮三地址代碼作為中間語(yǔ)言的作用。

Ref：

https://zh.m.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E4%BD%8D%E5%9D%80%E7%A2%BC

https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%89%E5%9C%B0%E5%9D%80%E7%A0%81/23121007

https://blog.csdn.net/starter_____/article/details/90146048

https://jishuin.proginn.com/p/763bfbd55cbd

https://book.51cto.com/art/201206/340208.htm

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的三地址码简介的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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