Como construir um compilador utilizando ferramentas - ICMC

Como construir um compilador utilizando
ferramentas Java
Aula 1 - Introdução
Prof. Márcio Delamaro
[email protected]
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 1/2
O livro
http://www.novatec.com.br/livros/compilador/
http://www.novateceditora.com.br/downloads.php
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 2/2
Conteúdo
Introdução à compilação.
Descrição da linguagem X++, utilizada como estudo de
caso. Apresenta conceitos básicos sobre linguagens e
como defini-las.
Análise léxica. Mostra como se utiliza a ferramenta
JavaCC para criar um analisador léxico para a
linguagem X++.
Análise sintática. Mostra como construir um analisador
sintático para X++ utilizando JavaCC.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 3/2
Conteúdo
Árvore sintática. Mostra como construir a árvore
sintática usando o JavaCC e como utilizá-la nas etapas
seguintes.
Tabela de símbolos e análise semântica. Mostra como
implementar uma tabela de símbolos utilizada na
checagem de tipos e validação semântica.
Geração de código. Mostra como utilizar a ferramenta
Jasmin para gerar o código-objeto (bytecode) Java.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 4/2
O que é um programa?
Seqüência de 0s e 1s.
CPU
Memória
A
B
C
D
000
001
002
003
004
005
006
007
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Operações simples
Programa é armazenado na memória.
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Operações simples
Programa é armazenado na memória.
Programa é executado dentro da CPU por meio de
instruções muito simples.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 6/2
Operações simples
Programa é armazenado na memória.
Programa é executado dentro da CPU por meio de
instruções muito simples.
“Somar posição de memória 100 com posição 101 e
colocar resultado em 102.”
copiar o conteúdo da posição de memória 100 para o
registrador A;
copiar o conteúdo da posição de memória 101 para o
registrador B;
somar o conteúdo de B em A;
copiar o conteúdo de A para a posição de memória
102.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 6/2
Linguagens de alto nível
Necessário desenvolver programas num nível de
abstração um pouco mais elevado.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 7/2
Linguagens de alto nível
Necessário desenvolver programas num nível de
abstração um pouco mais elevado.
Menos dependente das instruções de uma determinada
máquina.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 7/2
Linguagens de alto nível
Necessário desenvolver programas num nível de
abstração um pouco mais elevado.
Menos dependente das instruções de uma determinada
máquina.
As linguagens de alto nível substituem as instruções dos
computadores por comandos cujas utilização e
compreensão são mais fáceis
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 7/2
Linguagens de alto nível
Necessário desenvolver programas num nível de
abstração um pouco mais elevado.
Menos dependente das instruções de uma determinada
máquina.
As linguagens de alto nível substituem as instruções dos
computadores por comandos cujas utilização e
compreensão são mais fáceis
a=b+c
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 7/2
Processo de compilação
As linguagens de programação evoluíram
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 8/2
Processo de compilação
As linguagens de programação evoluíram
Máquinas continuam as mesmas ou seja, continuam
usando instruções de baixo nível
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 8/2
Processo de compilação
As linguagens de programação evoluíram
Máquinas continuam as mesmas ou seja, continuam
usando instruções de baixo nível
Como usar então uma linguagem de alto nível numa
máquina que não a compreende?
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 8/2
Processo de compilação
As linguagens de programação evoluíram
Máquinas continuam as mesmas ou seja, continuam
usando instruções de baixo nível
Como usar então uma linguagem de alto nível numa
máquina que não a compreende?
PROGRAMA
PROGRAMA
FONTE
OBJETO
COMPILADOR
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 8/2
Os componentes de um compilador
o analisador léxico;
o analisador sintático;
o analisador semântico;
o gerador de código.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 9/2
Analisador léxico
O analisador léxico (AL) encarrega-se de separar no
programa fonte cada símbolo que tenha algum significado
para a linguagem ou de avisar quando um símbolo que não
faz parte da linguagem é encontrado.
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Análise léxica
123 x1 ; y2 true begin
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Análise léxica
123 x1 ; y2 true begin
123 – constante inteira;
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 11/2
Análise léxica
123 x1 ; y2 true begin
123 – constante inteira;
x1 – nome de variável ou procedimento;
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 11/2
Análise léxica
123 x1 ; y2 true begin
123 – constante inteira;
x1 – nome de variável ou procedimento;
; – símbolo especial “ponto-e-vírgula”;
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Análise léxica
123 x1 ; y2 true begin
123 – constante inteira;
x1 – nome de variável ou procedimento;
; – símbolo especial “ponto-e-vírgula”;
y2 – nome de variável ou procedimento;
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Análise léxica
123 x1 ; y2 true begin
123 – constante inteira;
x1 – nome de variável ou procedimento;
; – símbolo especial “ponto-e-vírgula”;
y2 – nome de variável ou procedimento;
true – constante booleana;
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 11/2
Análise léxica
123 x1 ; y2 true begin
123 – constante inteira;
x1 – nome de variável ou procedimento;
; – símbolo especial “ponto-e-vírgula”;
y2 – nome de variável ou procedimento;
true – constante booleana;
begin – palavra reservada.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 11/2
Análise léxica
123 x1 ; y2 true begin
123 – constante inteira;
x1 – nome de variável ou procedimento;
; – símbolo especial “ponto-e-vírgula”;
y2 – nome de variável ou procedimento;
true – constante booleana;
begin – palavra reservada.
A descrição da linguagem diz quais são os símbolos
válidos e o que significam
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Análise léxica
123 x1 ; y2 true begin
123 – constante inteira;
x1 – nome de variável ou procedimento;
; – símbolo especial “ponto-e-vírgula”;
y2 – nome de variável ou procedimento;
true – constante booleana;
begin – palavra reservada.
A descrição da linguagem diz quais são os símbolos
válidos e o que significam
Erros léxicos
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Nem tudo é tão simples
123x1begin(end
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 12/2
Nem tudo é tão simples
123x1begin(end
123 – constante inteira;
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 12/2
Nem tudo é tão simples
123x1begin(end
123 – constante inteira;
x1begin – nome de variável ou procedimento;
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 12/2
Nem tudo é tão simples
123x1begin(end
123 – constante inteira;
x1begin – nome de variável ou procedimento;
( – símbolo especial “abre parênteses”;
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 12/2
Nem tudo é tão simples
123x1begin(end
123 – constante inteira;
x1begin – nome de variável ou procedimento;
( – símbolo especial “abre parênteses”;
end – palavra reservada.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 12/2
Estados do analisador léxico
"Aqui @ temos uma arroba"
/* Isso é um comentário */
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 13/2
Analisador sintático
O AL não se preocupa em verificar se a ordem em que
os símbolos aparecem é válida ou não.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 14/2
Analisador sintático
O AL não se preocupa em verificar se a ordem em que
os símbolos aparecem é válida ou não.
O analisador sintático é o “coração” do compilador,
responsável por verificar se a seqüência de símbolos
contida no programa fonte forma um programa válido ou
não.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 14/2
Análise sintática
if (a - 10 > b * 2)
a = b;
O AS deve ser capaz de analisar esse programa e
reconhecê-lo como válido.
Após a palavra reservada if deve vir um “(”
Uma expressão
Um “)”
Um comando qualquer (por exemplo “a = b”)
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 15/2
Descrição da linguagem
O AS é construído sobre uma gramática livre de
contexto que descreve a linguagem fonte.
Essa gramática é composta de uma série de regras que
descrevem quais são as construções válidas da
linguagem.
O AS deve aceitar aqueles programas que seguem
essas regras e rejeitar – indicando a ocorrência de um
erro sintático – aqueles que as violam.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 16/2
árvore sintática
O AS desempenha ainda outra importante função que é
a construção da árvore sintática(árvore de derivação) do
programa fonte.
Uma árvore sintáticaé uma estrutura em forma de
árvore que descreve as construções da linguagem
reconhecidas pelo AS no programa fonte.
Se o programa fonte possui um comando if como
aquele visto há pouco, sua árvore sintática deve
espelhar esse fato e descrever como esse comando é
formado.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 17/2
árvore sintática
if
>
-
a
=
*
10
b
a
b
2
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 18/2
O analisador semântico
O analisador semântico (ASem) verifica se os aspectos
semânticos do programa estão corretos, ou seja, se não
existem incoerências quanto ao significado das
construções utilizadas pelo programador.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 19/2
O analisador semântico
O analisador semântico (ASem) verifica se os aspectos
semânticos do programa estão corretos, ou seja, se não
existem incoerências quanto ao significado das
construções utilizadas pelo programador.
Não utiliza mais o programa fonte para fazer tal
verificação. Em vez disso, utiliza a árvore sintática como
representação do programa.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 19/2
Análise semântica
Tipos de operandos incompatíveis com operadores. Se
tivermos o comando a = b * c e a variável c foi declarada
do tipo string, então o analisador semântico deve
apontar um erro semântico, pois esse tipo de operando
não é compatível com o operador *
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 20/2
Análise semântica
Tipos de operandos incompatíveis com operadores. Se
tivermos o comando a = b * c e a variável c foi declarada
do tipo string, então o analisador semântico deve
apontar um erro semântico, pois esse tipo de operando
não é compatível com o operador *
Variáveis não declaradas.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 20/2
Análise semântica
Tipos de operandos incompatíveis com operadores. Se
tivermos o comando a = b * c e a variável c foi declarada
do tipo string, então o analisador semântico deve
apontar um erro semântico, pois esse tipo de operando
não é compatível com o operador *
Variáveis não declaradas.
Redeclaração de variáveis.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 20/2
Análise semântica
Tipos de operandos incompatíveis com operadores. Se
tivermos o comando a = b * c e a variável c foi declarada
do tipo string, então o analisador semântico deve
apontar um erro semântico, pois esse tipo de operando
não é compatível com o operador *
Variáveis não declaradas.
Redeclaração de variáveis.
Chamadas de funções ou métodos com o número
incorreto de parâmetros.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 20/2
Análise semântica
Tipos de operandos incompatíveis com operadores. Se
tivermos o comando a = b * c e a variável c foi declarada
do tipo string, então o analisador semântico deve
apontar um erro semântico, pois esse tipo de operando
não é compatível com o operador *
Variáveis não declaradas.
Redeclaração de variáveis.
Chamadas de funções ou métodos com o número
incorreto de parâmetros.
Comandos colocados fora de contexto. Por exemplo, a
utilização de um comando continue fora de um comando
de laço deve ser apontada como um erro semântico.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 20/2
Erros semânticos
Esses erros não são detectados pelo AS, pois não
constituem erros sintáticos. De acordo com a gramática da
linguagem fonte, uma variável c pode ser utilizada em uma
expressão como a = b * c, não importando se foi
declarada anteriormente ou não, ou qual é o seu tipo.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 21/2
Tabela de símbolos
Para desempenhar seu papel, o ASem depende de uma
tabela de símbolos.
Nela são armazenadas informações de variáveis
declaradas, funções ou métodos, tipos ou classes.
Ao analisar o comando a = b * c (ou melhor, a árvore
sintática correspondente a esse comando), o ASem
precisa saber se cada uma das variáveis envolvidas foi
previamente declarada e o tipo de cada uma delas.
O ASem deve, ao analisar um comando de declaração
como int c, incluir na tabela de símbolos a variável c,
indicando, entre outras coisas, que seu tipo é int.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 22/2
O gerador de código
Uma vez verificado que não existem erros sintáticos ou
semânticos, o compilador pode realizar sua tarefa, que é
a criação do programa objeto.
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O gerador de código
Uma vez verificado que não existem erros sintáticos ou
semânticos, o compilador pode realizar sua tarefa, que é
a criação do programa objeto.
O programa objeto reflete, mediante instruções de baixo
nível, os comandos do programa fonte. Como cada
máquina ou cada plataforma possui um conjunto
diferente de instruções e de meios de acesso ao
sistema operacional, em geral é necessário que exista
um gerador de código distinto para cada plataforma.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 23/2
JavaCC
Programa é um gerador de compiladores, ou mais
precisamente um gerador de analisador sintático.
Ele toma como entrada uma gramática e transforma-a
num programa Java capaz de analisar um arquivo e
dizer se satisfaz ou não as regras especificadas nessa
gramática.
Ele também oferece facilidades para a construção da
árvore sintática. Ao descrever a gramática, pode-se
também indicar como a árvore sintática deve ser
construída, incorporando-se código para realizar tal
tarefa ao analisador sintático gerado.
Como construir um compilador utilizando ferramentas Java – p. 24/2
Próximo passo
Vamos definir uma linguagem de programação que será
usada como estudo de caso durante o curso.
Ver Capítulo 2 do livro.
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