KONSTRUKCJA KOMPILATORÓW

KONSTRUKCJA KOMPILATORÓW WYKŁAD Robert Plebaniak

PLATFORMA PROGRAMOWA LINUX (może nie zawierać LLgen, wówczas instalacja ze strony http://tack.sourceforge.net); WINDOWS (używa się wtedy programu Cygwin, można znaleźć http://www.cygwin.com); 2

Narzędzia potrzebne do ćwiczeń: Kompilator C Generator LLgen Generator LEX Generator YACC Edytor tekstowy 3

KOMPILATOR C W przypadku gdy korzystamy z systemu Linux lub Cygwin najlepiej korzystać z domyślnego w tych systemach kompilatora C gcc lub C++ (g++). Gdy używamy systemu Windows można skorzystać z wierszowych wersji komercyjnych kompilatorów firm Borland i Microsoft (które są darmowe) lub środowiska Open Watcom (http://www.openwatcom.org) 4

GENERATOR LLGen Niektóre dystrybucje systemu LINUX Wersja źródłowa, w ramach pakietu ACK Oddzielny produkt, np. do pobrania pod adresem http://tack.sourceforge.net/ System operacyjny Minix http://www.minix3.org 5

GENERATORY LEX i YACC PCYACC - wersja komercyjna http://www.abxsoft.com MKS LEX & YACC wersja komercyjna http://www.mkssoftware.com Bumble-Bee Parser Generator wersja komercyjna http://www.bumblebeesoftware.com 6

LITERATURA Kompilatory reguły, metody i narzędzia A. V. Aho, R. Sethi, J.D. Ullman, WNT 2002; Konstrukcja kompilatorów, W. M. Waite, G. Goos, WNT 1989; Automaty i języki formalne T. Krasiński UŁWM, 2005; http://www.gnu.org/software/bison/manual -generator LEX i YACC; http://tack.sourceforgen.net/doc/llgen.html - generator LLGen; www.wazniak.mimuw.edu.pl 7

O czym będzie na wykładzie? Pojęcie i modele kompilatora, interpretera; Poszczególne fazy działania kompilatora i etapy kompilacji; Elementy analizy leksykalnej i składniowej; Modele generatorów: LLgen, Lex, Yacc 8

Kompilatory Definicja 1. Kompilator jest programem, którego zadaniem jest przetworzenie kodu napisanego w jakimś języku programowania (C, Ada, Java) zwanym językiem źródłowym, na równoważny kod w innym języku, zwanym językiem wynikowym. 9

INTERPRETER Interpreter jest programem, który działa podobnie jak kompilator, z tą różnicą, iż nie generuje kodu wynikowego, tylko od razu wykonuje instrukcje zawarte w kodzie źródłowym programu. 10

FAZY DZIAŁANIA KOMPILATORA Program źródłowy; Analiza; Reprezentacja pośrednia; Synteza; Program wynikowy; 11

ETAPY KOMPILACJI Analiza na tym etapie, kompilator rozkłada program źródłowy na części składowe, a następnie generuje tzw. reprezentację pośrednią. Również na tym etapie następuje także wykrywanie błędów i ewentualne informowanie o nich programistę. 12

ANALIZA Analiza leksykalna; Analiza składniowa; Analiza semantyczna; 13

ANALIZA LEKSYKALNA Analiza leksykalna zwana jest także skanowaniem lub analizą liniową. Głównym zadaniem analizy leksykalnej jest grupowanie znaków strumienia wejściowego w symbole leksykalne inaczej zwane token-ami. 14

ANALIZA LEKSYKALNA Tokeny to inaczej elementarne składniki języka źródłowego np.: liczby, słowa kluczowe, operatory i identyfikatory, nawiasy okragłe, itd.. 15

ANALIZA LEKSYKALNA Analiza leksykalna zwana jest także skanowaniem lub analizą liniową. Głównym zadaniem analizy leksykalnej jest grupowanie znaków strumienia wejściowego w symbole leksykalne inaczej zwane token-ami. 16

Przykład Dana jest funkcja w języku C++: int funkcja (int s) { return s+s; } 17

Przykład Tokeny to inaczej elementarne składniki języka źródłowego np.: liczby, słowa kluczowe, operatory i identyfikatory, nawiasy okragłe, itd.. 18

PRZYKŁAD Leksemy są to ciągi znaków, które tworzą symbole leksykalne; Wzorzec to przepis na konstrukcję tokena: może to być ciąg znaków podkreśleń, małych, dużych liter, a także cyfr; Atrybuty czyli wartości leksykalne, które czasem pojawiają się przy tokenach. 19

PRZYKŁAD TOKEN LEKSEM WZORZEC ATRYB. KWD_INT int int IDENT funkcja [ _a-za-z][ _aza-z0-9]* funkcja ( ( ( KWD_INT int int IDENT s [ _a-za-z][ _aza-z0-9]* s ) ) )

PRZYKŁAD TOKEN LEKSEM WZORZEC ATRYB. { { { KWD_RET return return IDENT s [ _a-za-z][ _aza-z0-9]* s OP_PLUS + + IDENT s [_a-za-z][_aza-z0-9]* s

PRZYKŁAD TOKEN LEKSEM WZORZEC ATRYB. ; ; ; } } } 22

ANALIZA SKŁADNIOWA Analiza składniowa jest zwana także analizą hierarchiczną lub synktatyczną. Zadaniem analizy składniowej jest zbadanie, czy jednostki leksyklane tworzą poprawne konstrukcje danego języka programowania (np.: czy zachowana jest odpowiednia kolejność leksemów). 24

Przykład Dana jest funkcja w języku C++: int (int s) funkcja { } + s ; s return 25

ANALIZA SEMANTYCZNA Analiza semantyczna ma następujące zadania: Sprawdzanie programu (programu źródłowego) pod względem semantycznej zgodności z definicją języka źródłowego, w jakim program jest napisany; Zbieranie informacji do generacji kodu pośredniego; 27

Analiza semantyczna Kontrola zgodności typów; Kontrola przepływu sterowania; Unikalność deklaracji - kontrola statyczna; Powtórzenia nazw - kontrola statyczna; 28

SYNTEZA Generacja kodu pośredniego; Optymalizacja kodu; Generacja kodu wynikowego; 29

KOD POŚREDNI Ostatnim etapem analizy jest generacja kodu pośredniego (tzw. języka pośredniego, czasem też reprezentacji pośredniej); Redukcja kosztów głównym celem generacji reprezentacji pośredniej; 30

Przykład Rozważmy program napisany w języku C++, mający za zadanie wypisać na ekran pierwszych n wyrazów ciągu arytmetycznego o różnicy 10;(10,20,30, ) Instrukcja wygląda następująco: for(i=1;i<=n;i++){ S:=10*i; cout<<s<<endl; } 31

Przykład Przyjrzyjmy się teraz kodowi pośredniemu naszej pętli: i:=1 @loop: if i>n goto @end s:=10*i cout<<s i:=i+1 goto @loop @end: 32

OPTYMALIZACJA KODU Podstawowym celem optymalizacji jest poprawa efektywności kodu wynikowego. Może ona być wykonywana na wszystkich poziomach kodu, tzn. na poziomie kodu źródłowego, pośredniego a także i wynikowego. 34

Przykład A oto jak wygląda kod pośredni naszego przykładu po optymalizacji: i:=1 s:=10*i @loop: if i>n goto @end cout<<s i:=i+1 s:=s+10 goto @loop @end: i:=1 @loop: if i>n goto @end s:=10*i cout<<s i:=i+1 goto @loop @end: 35

KOD WYNIKOWY Generacja kodu wynikowego jest ostatnią fazą kompilacji; Podstawowymi problemami rozważanymi na tym etapie kompilacji są: wybór rozkazów realizujących kod; Przydział rejestrów; 37

KOD WYNIKOWY Blok podstawowy fragment kodu wykonywany zawsze od pierwszej do ostatniej instrukcji; Graf przepływu jest grafem dwudzielnym składającym się z węzłów i krawędzi. Jego węzłami są bloki podstawowe, zaś krawędzie pokazują w jaki sposób przemieszcza się sterowanie; 38

Przykład Stwórzmy graf przepływu dla matematycznej funkcji signum. 39

Przykład Implementacja w C++ takiego krótkiego programu może wyglądać następująco: float signum (int a) { if a<0 return -1; else if (a==0) return 0; else return 1; } 40

Przykład-graf przepływu funkcji signum x:=a If x<0 goto B If x>0 goto A B: y:=-1 goto C y=0 goto C A: y:=1 goto C C: STOP

Środowisko czasu wykonania W środowisko czasu wykonania jest zaopatrzony każdy program wykonywalny. Środowisko to zapewnia: - obsługę wyjątków; - dynamiczny przydział pamięci; - przekazywanie parametrów do podprogramów; - zapewnienie dostępu do nazw nielokalnych; 42

Środowisko czasu wykonania- reguły widzialności Reguły widzialności określają sposób w jaki kompilator interpretuje odwołania w programie do nazw nielokalnych. Mamy dwie możliwości: reguły widzialności statycznej analiza tekstu programu (C, Ada); reguły widzialności dynamicznej w trakcie wykonywania programu (Snobol, Lisp, APN) 43

Przykład Przyjrzyjmy się fragmentowi kodu napisanemu w C+ +: int k=1; main() {cout<< zmienna k wynosi <<k<<endl; { int k=30; cout<< w bloku zmiennak k wynosi teraz <<k<<endl; } cout<< znów poza blokiem k wynosi <<k; 44 }

Przykład A oto co pojawi się na ekranie w wyniku działania programu: zmienna k wynosi 1 w bloku zmienna k wynosi teraz 30 znów poza blokiem k wynosi 1 45

Przykład A oto w jaki sposób można się odwołać do zasłoniętej nazwy globalnej w C++ int k=1; main(){ cout<< zmiennka k wynosi <<k<<endl; {int k=30; cout<< w bloku zmiennak k wynosi teraz <<k<< a zmienna globalna k wynosi nadal <<::k<<endl; }

KONIEC KONIEC WYKŁADU PIERWSZEGO