面试题：Go语言中间代码生成之基础结构

Question

在Go语言中间代码生成过程中，简述抽象语法树（AST）的主要作用以及它与中间代码生成的关系。请举例说明AST中的一些关键节点类型在中间代码生成时如何被处理。

Answer 1

抽象语法树（AST）的主要作用

1. 结构化表示：AST以树状结构表示源代码，每个节点对应一个语法结构。这使得编译器能够方便地对代码进行分析和操作，因为它将代码的层次结构清晰展现。例如，对于 if - else 语句，AST会有对应的 IfStmt 节点，其下包含条件表达式节点、then 分支节点和 else 分支节点。
2. 语义分析基础：通过遍历AST，编译器可以进行语义分析，如类型检查、作用域分析等。例如，检查变量是否在使用前声明，函数调用的参数类型是否匹配等。
3. 代码转换基础：为中间代码生成、优化以及目标代码生成提供了基础结构。基于AST的结构，可以方便地将源代码转换为各种中间表示形式。

AST与中间代码生成的关系

1. 输入基础：AST是中间代码生成的重要输入。中间代码生成器通过遍历AST，根据不同节点类型生成相应的中间代码指令。
2. 指导转换：AST的结构指导着中间代码生成的流程。不同类型的节点对应不同的中间代码生成规则，通过深度优先遍历或其他遍历方式，对每个节点进行处理并生成相应中间代码片段，最终组合成完整的中间代码。

关键节点类型在中间代码生成时的处理举例

1. 赋值语句节点（AssignStmt）：
   • 假设Go代码为 a := 10，在AST中会有一个 AssignStmt 节点。
   • 中间代码生成时，会为变量 a 分配存储位置（可能是寄存器或内存地址），然后生成指令将常量 10 存储到该位置。例如，在一些简单中间表示中可能生成类似于 store 10, a 的指令，其中 store 是存储指令，10 是值，a 是目标存储位置。
2. 函数调用节点（CallExpr）：
   • 对于代码 result := add(a, b)，AST中会有一个 CallExpr 节点。
   • 中间代码生成时，首先会生成指令将函数参数 a 和 b 传递到合适的位置（如栈上），然后生成调用函数 add 的指令，最后将函数返回值存储到 result 对应的位置。例如，可能生成 push a，push b，call add，pop result 这样的中间代码序列，push 用于将参数压入栈，call 用于调用函数，pop 用于从栈中取出返回值存储到变量。
3. 二元运算节点（BinaryExpr）：
   • 对于代码 c := a + b，AST中有 BinaryExpr 节点，操作符为 +。
   • 中间代码生成时，会生成指令将 a 和 b 的值加载到运算单元（如寄存器），执行加法运算，然后将结果存储到 c。例如，可能生成 load a, r1，load b, r2，add r1, r2, r3，store r3, c，其中 load 用于加载值到寄存器，add 执行加法运算，store 将结果存储到变量 c。