一种选择语句优化编译方法与流程

本发明属于编译器处理领域，具体涉及一种iec61131-3结构化文本编程语言选择语句编译优化的方法。

背景技术：

在工业控制领域中，iec61131-3是通用的国际标准，该标准定义了结构化文本st的语法和文法,通常将st语言翻译为二进制中间指令，然后解释执行。在st语言中，case选择语句是使用频率较高的语句，st语言定义的case语句文法为：

caseexpressionof

case_value1:statementlist1

case_value2:statementlist2

case_valuen:statementlist2

elsestatementlistn+1

endcase;

例如：

casevarof

1:statementlist1;(*var=1执行语句1，*)

2,3:statementlist2;(*var=2或3执行语句2*)

10..20:statementlist3;(*10<=var<=20执行语句3*)

25,30..40:statementlist4;(*var=25或30<=var<=40执行语句5*)

elsestatementlistn+1;(*上述分支条件不满足，执行该语句*)

endcase;

每个case分支的求值表达式可以是单个常量，可以是通过逗号，并列的多个常量，或通过..表示的范围。这种文法定义和pascal、c语言的定义存在较大不同，不能直接使用基于跳转表、查找表的翻译方法。通常的方法是转换为if-elseif-else的等价语句，然后进行翻译。由于工业实时控制领域，对指令的运行效率要求极高，需要对case语句进行优化翻译。在实际使用过程中，选择语句的分支求值表达式在极大多数的情况下是常量，故在语义阶段，可对求值表达式进行类型分析，当所有分支的求值表达式都是单个常量时，可使用跳转表的翻译方法；当存在1个分支的求值表达式是多个常量或常量区间时，根据连接符号（,和..）的功能定义，可在跳转表中插入短路求值指令，提高执行效率。本案由此产生。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提高iec61131-3标准的case（选择）语句执行效率，提供一种选择语句优化翻译方法。

为了实现该目的，本发明采用如下技术方案，其特征在于，对于基于iec61131-3标准的st结构化文本语言的case选择语句进行编译，根据case（选择）语句的各个分支求值表达式类型，采用对应的优化翻译模式，具体包括如下内容：

当各个分支求值表达式都是单个常量时，采用直接跳转表翻译模式；

当至少存在1个分支求值表达式是多个常量或常量区间时，采用短路求值和跳转表混合的翻译模式。

进一步地，当case（选择）语句的各个分支求值表达式都是单个常量值时，基于直接跳转表翻译模式的实现步骤为：

a)在翻译每个分支前，记录当前分支的指令的行号；

b)记录当前分支与分支标号的对应关系；

c)在一遍扫描过程中，形成各个分支的执行指令；

d)扫描完毕后，将b步骤中得到的分支与分支标号的对应关系生成跳转表（跳转表由跳转指令及其他指令组成），并将跳转指令插入到执行指令前面。

进一步地，当存在1个分支求值表达式是多个变量时（即分支表达式存在逗号,或连续2个点号..），将该分支的求值表达式进行短路求值计算，在跳转表中插入短路求值指令，包括：

a)对于形如“casevarofa,b:”基于逗号并列的求值表达式，形成或序列的短路求值跳转指令；

b)对于形如“casevarofa..b:”基于区间的求值表达式，形成与序列的

短路求值跳转指令；

c)对于形如“casevarofa,b,c..d”存在多个逗号的求值表达式，以逗号为间隔，间隔之间形成或序列的短路求值跳转指令。

读取st代码文本，进行词法、语法、语义分析，针对“caseexpressionof…end_case;”的文法，提取各case选择语句序列，获取case选择语句的各个分支的求值表达式，判断各个分支求值表达式类型。

case选择语句翻译后的指令包括跳转表和执行指令。

跳转表中的标号和某个分支的执行指令标号对应；按照case选择语句分支的顺序，进行逐个求值表达式计算和判断，当条件满足时跳转到指定的执行指令处执行。

采用上述方案后，本发明具有如下有益效果：在语义分析阶段，判断case分支的表达式类型，当所有分支为单个常量时，采用直接跳转表的高效翻译方法，当存在复合表达式时，转换为逻辑表达式进行短路求值，在跳转表中插入短路求值指令，显著提高了st语言中case语句翻译后指令序列的执行效率，适用于对实时性要求高的工业控制领域。

附图说明

图1是本发明中case(选择)语句优化编译原理图；

图2是本发明中case(选择)语句的跳转表原理图；

图3是本发明中case分支基于短路求值的表达式跳转表指令示例图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

先定义一套中间指令集，优选地，采用三地址码方式。例如je为相等跳转指令，使用示例为jevara,lablex,var表示源变量地址，a为比较变量地址，labelx为跳转标号值。ge为大于比较指令，le为小于比较指令，and为逻辑与运算指令,or为逻辑或运算指令。

具体实现方式如图1所示，读取st代码文本，进行词法、语法、语义分析，

针对“caseexpressionof…end_case;”的文法，提取各case语句序列，获取case分支的求值表达式，判断各个分支求值表达式类型，当各个分支求值表达式都是单个常量时，采用直接跳转表翻译模式；当存在1个分支求值表达式是多个常量或常量区间时，采用短路求值和跳转表混合的翻译模式。

case(选择)语句的跳转表原理如图2所示，case语句翻译后的指令包括跳转表和执行指令。跳转表中的标号和某个分支的执行指令标号对应。按照case分支的顺序，进行逐个求值表达式计算和判断，当条件满足时跳转到指定的执行语句指令处执行。

在语义分析阶段，分析出选择语句（case）的各个分支都是单个常量值时，可采用高效率的基于直接跳转表翻译模式，其实现步骤为：

a)在翻译每个分支前，记录当前分支的指令的行号；

b)记录当前分支与分支标号的对应关系；

c)在一遍扫描过程中，形成各个分支的执行指令；

d)扫描完毕后，将b）步骤中得到的分支与分支标号的对应关系生成跳转表（跳转表由跳转指令及其他指令组成），并将跳转指令插入到执行指令前面。

优选地，单个变量求值的跳转表指令范式为：(je,var,a,labelx)，其中je为相等跳转指令，即当变量var的值为a时跳转到标号为labelx的指令处执行。

在语义分析阶段，分析出存在至少1个分支求值表达式是多个常量或常量区间时（即分支表达式存在逗号,或连续2个点号..），将该分支的求值表达式进行短路求值计算，在跳转表中插入短路求值指令，包括：

a)对于形如“casevarofa,b:”基于逗号并列的求值表达式，形成或序列的短路求值跳转指令。优选地，2个序列并列的求值的跳转表指令范式为：

(je,var,a,labelx)

(je,var,b,labelx)

只要有1个条件满足，就短路求值，直接跳转。

b)对于形如“casevarofa..b:”基于区间的求值表达式，形成与序列的

短路求值跳转指令。优选地，基于区间的求值表达式的跳转表指令范式为：

(ge,temp1,var,a)

(le,temp2,var,b)

(and,temp3,temp1,temp2)

(jz,temp3,labelx)

其中ge为大于指令，le为小于指令，and为逻辑与指令，jz为非0跳转指令，temp1、temp2、temp3为临时变量，通过临时变量缓存中间计算结果。

c)对于形如“casevarofa,b,c..d”存在多个逗号的求值表达式，以逗号为间隔，间隔之间形成或序列的短路求值跳转指令。优选地，“casea,b,c..d:”模式的等价表达式中间指令输出算法：

1）根据逗号,进行拆分,获取匹配判断子序列seq[n]:abc..d

2）基于短路求值形成计算子序列的指令

intnum=0;//临时变量个数

intseqlab[n];//各个子序列语句执行入口标签

initlab(&seqlab,n);//给各个分支分配标签号

for(i=0;i<n;i++){

2.1）如果seq[i]是单变量，则输出形如

(je,var,a,seqlabel[i]);

num+=1;

2.2)如果seq[i]是区间表达式，则输出形如

(ge,temp[num],var,c)

(le,temp[num+1],var,d)

(and,temp[num+2],temp[num],temp[num+1])

(jz,temp[num+2],seqlabel[i]);

num+=3;}

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。