Paradigmas de Programação

Paradigmas de
Programação
Aula 6
Nomes, Vinculações,
Verificação de Tipos e Escopos
Prof.: Edilberto M. Silva
http://www.edilms.eti.br
Prof. Edilberto Silva / edilms.eti.br
Introdução
As linguagens de programação imperativas são
baseadas na arquitetura de Von Neumann.
 Os espaços de memória utilizados pelas variáveis são
diferentes, de acordo com a especificação do tipo de
variável (propriedade mais importante da variável).
dado 1
dado 2
d
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Nomes
Considerações de projeto
 Tamanho máximo?
 Caracteres de conexão são permitidos?
 Sensível a maiúscula/minúscula?
 Palavras especiais são reservadas ou chaves?
 Tamanho
FORTRAN I: máximo 6 / COBOL: máximo 30
FORTRAN 90 e ANSI C: máximo 31
Ada: sem limite, e todos são significantes
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Sensível a maiúscula/minúscula
Desvantagem: legibilidade (nomes que parecem iguais são
diferentes)
Em Modula-2 nomes pré-definidos possuem letras
maiúsculas e minúsculas (e.g. WriteCard)
 C, C++, Java, e Modula-2 nomes são sensíveis à caixa
(alta e baixa)
Nomes nas outras linguagens não são Palavras
especiais
 Def: Uma palavra chave (keyword) é uma palavra que é
especial somente em certo contexto
Desvantagem: legibilidade pobre
Def: Uma palavra reservada é uma palavra especial que
não pode ser usada como nome definido
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Palavras Especiais
São utilizadas para tornar programas mais legíveis ao
denominar acções.
 Na maioria das L.P., as palavras especiais são
classificadas como reservadas, e em algumas, são
somente palavras-chave.
 Palavra reservada: é independente do contexto e não
pode ser utilizada como um nome.
Exemplo:
INTEGER REAL (Não permitido – se REAL for reservada)
 REAL INTEGER (Não permitido – se INTEGER reservada)
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Variáveis
Uma variável é uma abstração de um endereço de
memória
Variáveis podem ser caracterizadas por um 6-tuplas
de atributos: nome, endereço, valor, tipo, tempo de vida e ambiente
(escopo)
Nome - nem toda variável o possui
Endereço - o endereço de memória a que está associada.
• Uma variável pode possuir endereços diferentes em tempos
diferentes durante execução
• Uma variável pode ter diferentes endereços em partes
diferentes do programa.
• Se dois nomes de variáveis podem ser usados para acessar
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Variáveis
Endereço: é o endereço de memória à qual está associada
uma variável.
 Os Aliases existem quando duas ou mais variáveis apontam
para o mesmo endereço de memória.
Os aliases são prejudiciais a uma boa legibilidade
Nome: identifica uma entidade.
Nem todas as variáveis têm nome.
ex.: variáveis temporárias show( x+y )
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Variáveis
 Tipo: determina a faixa de valores que a variável pode
conter, e o conjunto de operações definidas para os valores
deste tipo.
 n Valor: é o conteúdo da célula de memória associada à
variável.
 n ex. Considere a seguinte atribuição:
 x := x ;
 x – Left-value – endereço da variável
 x – Right-value – v
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Variáveis
Alguma das justificativas para se criar aliases não
são mais válidas; e.g. reutilização de memória em
FORTRAN. (Atualmente basta trocá-las por alocação
dinâmica)
Tipo - determina a amplitude de valores das variáveis
e o conjunto de operações que são definidos para
estes valores.
Obs: no caso de ponto flutuante o tipo também determina a
precisão
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Variáveis
Valor - o conteúdo do local a que a variável está
associada.
Célula abstrata de memória ( Endereço) - a célula
física ou conjunto de células associada a uma
variável
• Considere a atribuição: X := X
• Como interpretar cada X?
• O l-value de uma variável é o seu endereço
• O r-value de uma variável é o seu valor
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Vinculação
Uma vinculação (binding) é uma associação, entre um
atributo e uma entidade ou entre uma operação e um
símbolo
Associação entre operação de somar e o símbolo '+'
Associação dos atributos (nome, endereço, tipo, valor...)
 Tempo de vinculação ou associação (Binding time) é
o tempo em que o vínc
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Tempos de Vinculação (binding Time)
1. Em tempo de projeto de linguagem --e.g.,
associação de operador com símbolo da operação
2. Em tempo de implementação
 associação do tipo pt. fl. Com sua representação
3. Em tempo de compilação
associação de uma variável a seu tipo (C, Pascal, Java, etc)
4. Em tempo de carregamento
associar em FORTRAN 77 uma variável a um endereço de
memória (ou a C variável static )
5. Em tempo de execução
associar um variável local não estática a um endereço de
memória; ou associa
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Tempo de Vinculação
 Exemplo de tempo de vinculação: seja a atribuição
 X := X + 10
 Em tempo de definição de linguagem
 Estabelecer os possíveis tipos da variável X, por exemplo, real,
inteiro, boleano, char, etc e/ou Permitir que programas definam
novos tipos como em C, Pascal, ADA...
 Em tempo de compilação
 vincular X a um tipo por uma declaração explícita, ex: float X. Em
algumas linguagens esta vinculação pode dar-se em tempo de
execução, e.g. Smalltalk, Prolog, LISP.
 Em tempo de implementação
 vincular X a valores específicos. Se X for do tipo real, então seus
valores, a qualquer instante da execução, é um valor do conjunto
da seqüência de bits que representa um número real e depende do
hardware que executará o programa.
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Tempos de Vinculação
Em tempo de execução
associar X a um valor específico, por exemplo, via uma
atribuição. A atribuição X := X + 10 altera o vínculo de X.
Representação da constante 10
Em tempo de definição podemos definir que será representa
por pelo string 10 (carater “1” e “0”) ou por uma
seqüência de bits em tempo a ser gerada em tempo de
execução.
 Propriedades do operador +
 Em tempo de definição escolher + para representar
adição. Em geral admite-se sobrecarga deste operador para
representar adição em inteiros, rea
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Vinculação
Importância da vinculação - Questões importantes
Em tempo de compilação, classificado como
vinculação mais cedo ou em tempo de execução,
vinculação mais tarde?
Vinculação mais cedo
• menor flexibilidade da linguagem, e.g. Fortran,
porém maior eficiência.
Vinculação mais tardia
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Formas de Vinculação
Um vínculo é estático ocorre antes do tempo de
execução e permanece inalterado durante a execução
do programa.
Um vínculo é dinâmico se ocorre durante a
execução ou pode ser alterado durante a execução do
programa.
Tipos de vinculações (Bindings)
 1. Como um tipo é espec
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Vinculação Estática
Uma declaração explicita é um comando de programa
usado para declarar tipos de variáveis.
 Uma declaração implícita é um mecanismo de
default para especificar tipos de variáveis (a primeira
ocorrência da variável no programa)
 FORTRAN, PL/I, BASIC, e Perl possuem declarações
implícitas

Vantagem: escritabilidade

Desvantagem: legibilidade
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Vinculação Dinâmica
Especificado através de comando de atribuição,
e.x. LIST = {2, 4, 6, 8};
 Vantagem:
 flexibilidade (unidades genéricas de programas)
independente de tipos de dados
 Desvantagens:
1. Custo alto (verificação dinâmica de tipo e
interpretação do tipo)
2. Dificulda
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Vinculação de Memória
 Reserva (Alocação) - pegar uma célula de um conjunto livre de
Células (Vinculação – Endereço)
 Liberação - colocar a célula de volta no conjunto de células
livres
 O tempo de vida de uma variável é o tempo durante o qual ela
está associada a uma particular célula de memória.
 As vinculações de memória a variáveis, podem ser, de acordo
com o seu tempo de vida:
Variáveis Estáticas / Variáveis Pilhas-Dinâmicas
Variáveis Heap-Dinâmicas Explícitas/ Variáveis HeapDinâmicas Implícitas
 Heap: é um conjunt
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Vinculações de Memória
Categorias Variáveis por tempo de vida
1. Estática--associada a célula de memória antes do
início da execução e permanece associada à mesma
célula durante toda a execução
 Vantagem: eficiência (endereçamento direto),
suporte histórico de subprogramas
 Desvantagem: falta de flexibilidade (não permite
recursão)
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Vinculações de Memória
2 . Pilha-dinâmica--associação de memória é
realizada quando da declaração da variável. Se
escalar, todos os atributos, exceto endereço, são
associados em tempo de compilação
Vantagem:
• recursão; retém armazenamento
 Desvantagens:
• Overhead de alocação e liber
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Vinculações de Memória
3. Heap-Dinâmico Explicito--Alocação e desativação
por diretivas explicitas, especificadas pelo
programador, em tempo de execução
 Referenciadas somente por apontadores e
referências,
objetos dinâmicos em C++ (via new and delete) e todos
os objetos em Java int * intnode
......
intnode = new int; /* aloca uma célula */
.............
delete intnode; /* libera célula */
 Vantagem:
Gerenciamento dinâmico de memória
 Desvantagem:
ineficiente e não seguro
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Vinculações de Memória
4. Heap Dinâmico Implícito - Alocação e liberação
realizada por comandos de atribuição
 e.g. todas variáveis de APL
 Vantagem:
Flexibilidade, código muito genérico
 Desvantagens:
 Ineficiente- todos os atributos são dinâmicos
 Perca de detecção de erro

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Verificação de Tipos
 Generalização do conceito de operandos e operadores para
incluir subprogramas e atribuições.
 Verificação de tipo é a atividade que garante que operandos e
operadores são de tipos compatíveis.
 Um tipo é compatível se for correto para o operador ou se
for permitido conversão implícita, pelas regras da linguagem,
pelo compilador. Esta conversão implícita automática é
chamada coesão de tipos (coercion).
 Um erro de tipo é uma aplicação de um operador a um
operando de tipo não apropriado
 Se todos os bindin
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Tipificação Forte
Uma linguagem é fortemente tipada se podemos
detectar todo de tipo de erro em tempo de
compilação.
Vantagem de fortemente tipada: detecção de uso
indevido de variáveis que resultam em erros de tipo
Obs: Poucas linguagens são fortemente tipadas
Linguagens e tipagem forte:
1. FORTRAN 77 (Não é): parâmetros, EQUIVALENCE / 2.
Pascal (Não é): variant records / 3. Modula-2 (Não é):
variant records, tipo WORD / 4. C and C++ (Não são):
verificação de tipo de parâmetro pode ser evitado em
parâmetros;
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Inferência de Tipos
Em algumas linguagens declaração de tipo não é
necessária, o tipo pode ser inferido pelo contexto em
que se encontra (ML) ou mesmo não sendo sendo
necessário (LISP)
Exemplo: ML fun area(l:int, w:int): int = l*w
 uso equivalente, por inferência de tipo:
 fun area(l, w): int = l*w
 fun area(l:int, w) = l*w
 fun area(l, w:int) = l*w
 Situação de erro, impossível inferir:
fun area(l, w) = l*w
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Compatibilidade Tipos
compatibilidade por nome - duas variáveis possuem
tipos compatíveis se, ou estão na mesma declaração,
ou em declarações que utilizam o mesmo nome de
tipo.
 Fácil de se implementar mas altamente restritivo:
Sub-faixas do tipo inteiro não são compatíveis com o tipo
inteiro
 Parâmetros formais devem possuir o mesmo tipo dos
correspondentes parâmetros atuais (Pascal)
 type indextype = 1..100; { um tipo subfaixa}
 var count : integer;
index : indextype;
 Neste caso
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Compatibilidade de Tipo
 Compatibilidade por estrutura - duas ou mais
variáveis
possuem tipos compatíveis se seus tipos possuem estruturas
idênticas.
 Maior flexibilidade, porém mais difícil de se
implementar.
Exemplos: Pascal padrão
type celsius = real;
fahrentheit = real
tipo1 = array [1..10] of integer
tipo2 = array [1..10] of integer
tipo3 = tipo2;
 Celsius e fahrentheit => compatíveis tipo1 e tipo2 => não
compatíveis significando que no Pascal padrão não existe
compatibilidade por estrutura.
Tipo3
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Escopo
 O escopo de uma variável é o espaço, em termos de
comandos, em que é visível (i.e onde pode ser
utilizada)
 Variáveis não-locais de uma unidade de programa
são aquelas que são visíveis mas não estão declaradas
nesta uunidade.
 As regras de escopo de uma linguagem determinam
como refe
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Escopos
Escopo Estático
 Baseado no texto estático do programa
 Para se associar uma referência a uma variável deve-se
encontrar sua declaração.
 Processo de pesquisa: pesquise declarações, primeiro
localmente, em seguida em ordem crescente do escopo, até
que uma declaração seja encontrada para um dado nome.
 Escopos aninhados
 forma uma cadeia de escopos com sucessores e
antecessores.
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Constantes
Def: Um constante é uma variável que está associada
a um valor e a uma célula de memória.
Vantagens: legibilidade e modificabilidade
O vínculo de valor a nome de constante pode ser
estático ( chamadas constantes explícitas) ou
dinâmico
Linguagens:
 Pascal: somente para literais
 Modula-2 e FORTRAN 90: constante-valoradas
expressões
 Ada, C++, e Java: expressões de qualquer tipo
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Inicialização de Variáveis
 O vínculo de uma variável a um valor no momento
em em que é vinculada a um endereço é chamado de
inicialização
Inicialização é freqüentemente feita no comando de
declaração, por exemplo, em Ada
SUM : FLOAT := 0.0;
Pascal não oferece meios de se inicializar variáveis
exceto em run-time por instruções de atribuição
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