Definição de uma Linguagem Um Compilador Simples Estrutura de

Definição de uma Linguagem
n
n
n
Um Compilador Simples
Linguagem = sintaxe + semântica
Especificação da sintaxe: gramática
livre de contexto, BNF (Backus-Naur
Form)
Especificação Semântica: informal
(textual), operacional, denotacional, de
ações.
n
n
n
Objetivo: traduzir expressões infixas
em posfixas.
9 – 5 + 2 Æ9 5 –2+
Aplicabilidade: computação baseda em
pilha.
Idéias claras → construções mais gerais
das linguagens.
1
2
Estrutura de Vanguarda
Gramática Livre de Contexto
n
n
fluxo de
caracteres
de entrada
Analisador
Léxico
fluxo de
tokens
Tradutor
Dirigido pela
Sintaxe
n
representação
intermediária
n
Um conjunto de tokens, símbolos terminais.
Um conjunto de símbolos não-terminais.
Um conjunto de produções, cada produção
consiste de um não-terminal, uma seta, e
uma seqüência de tokens e/ou nãoterminais.
Um não-terminal designado como símbolo
inicial (de partida).
3
Gramática Livre de Contexto
n
n
n
n
n
Exemplo 1
Especificação de gramáticas → produções.
Terminais:
n
dígitos
sinais
cadeias de caracteres em negrito
lista à lista + dígito
lista à lista – dígito
lista à dígito
dígito à 0|1|2|3|4|5|6|7|8|9
lista à lista + dígito | lista dígito | dígito
Não-terminais:
n
4
nome em itálico
5
• Cada nó da árvore → símbolo da gramática.
• Nó interior e seus filhos → produção.
• Nó interior → lado esquerdo, os filhos → lado direito.
6
1
Exemplo 2
n
Árvores Gramaticais
Tipo diferente de lista → seqüência de
comandos.
bloco à { cmds_opcs }
cmds_opcs à lista_cmds | ∈
lista_cmds à lista_cmds cmd; | cmd;
n
n
Mostra graficamente como o símbolo
inicial de uma gramática deriva uma
string da linguagem.
Para uma produção A à XYZ
A
X
Y
Z
7
8
Parsing
n
Ambigüidade
Processo de procurar uma árvore
gramatical para uma dada string de
tokens → análise gramatical ou análise
sintática.
n
n
Parse-tree gera uma string de tokens, mas
uma string pode possuir várias parsetrees, se a gramática for ambígua.
Solução: usar sempre gramáticas nãoambíguas, ou gramáticas ambíguas com
informações adicionais sobre como
resolver ambigüidades.
9
10
Ambigüidade - Exemplo
n
n
n
Exemplo: Duas Parse Trees
Mostrar que uma gramática é ambígua →
encontrar cadeia de tokens que tenha mais
de uma árvore gramatical.
Suponha que não fizéssemos distinção entre
dígitos e listas.
string à string + string
| string - string
|0|1|2|3|4|5|6|7|8|9
11
9 – 5 + 2
string
string
string
9
-
string
+ string
string
5
2
string
-
string
string
+ string
9
5
2
12
2
Associatividade de Operadores
n
n
Associatividade à Direita
+, –, * e / são associativos à
esquerda, na maioria das linguagens de
programação:
9+5+2
Atribuição em C e exponenciação são
associativos à direita:
a=b=c
n
Cadeias, como a = b = c, com um
operador associativo à direita são
geradas pela seguinte gramática:
direita à letra = direita | letra
letra à a | b | … | z
13
14
Precedência de Operadores
Precedência de Operadores
n
9 + 5 * 2
n
* tem maior precedência do que +
Usaremos dois não-terminais (expr e termo)
para representar os dois níveis de precedência
em expressões e um outro (fator) para gerar
as unidades básicas de expressões.
n
expr à expr + termo | expr – termo | termo
termo à termo * fator | termo / fator | fator
fator à dígito | ( expr )
dígito à 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
15
16
Sintaxe dos Comandos
Tradução Dirigida pela Sintaxe
n
cmd → id = expr
| if (expr) cmd
| if (expr) cmd else cmd
| while (expr) cmd
| { cmds_opcs }
n
n
17
Definição dirigida pela sintaxe usa uma
gramática livre de contexto para especificar a
estrutura sintática da entrada.
Associa a cada símbolo um conjunto de
atributos e a cada produção associa regras
semânticas para computar os valores dos
atributos.
Gramática e regras semânticas constituem a
definição dirigida pela sintaxe.
18
3
Exemplo – Definição Dirigida
pela Sintaxe
Notação Posfixa
1.
2.
3.
Se E for uma variável ou uma constante, então a
notação posfixa para E será o próprio E.
Se E for uma expressão da forma E1 op E2, onde
op é qualquer operador binário, então a forma
posfixa para E será E1 E2op.
Se E for uma expressão da forma (E1), então a
notação posfixa para E1 será também a notação
posfixa para E.
Ex: (9 – 5) + 2 ?
9 – (5 + 2) ?
n
Produção
expr à expr1 + termo
expr à expr1 – termo
expr à termo
termo à 0
…
termo à 9
Regra Semântica
expr.t = expr1.t ||
termo.t || ‘+’
expr.t = expr1 .t ||
termo.t || ‘–’
expr.t = termo.t
termo.t = ‘0’
…
termo.t = ‘9’
19
20
Valores dos Atributos nos Nós de
uma Parse Tree
Esquemas de Tradução
n
expr.t = 95-2+
expr.t = 95expr.t = 9
termo.t = 2
n
termo.t = 5
termo.t = 9
9
-
5
+
Gramática livre de contexto com
fragmentos
de
programas
(ações
semânticas) embutidos no lado direito das
produções.
Semelhante à definição dirigida por sintaxe,
mas com a ordem de avaliação das regras
semânticas explicitada.
2
21
Exemplo 1
n
Exemplo 2
resto à + termo {imprimir (‘+’) } resto1
expr à expr + termo {imprimir (‘+’) }
expr à expr - termo {imprimir (‘–’) }
expr à termo
termo à 0 {imprimir (‘0’) }
termo à 1 {imprimir (‘1’) }
…
termo à 9 {imprimir (‘9’) }
resto
+
termo
22
{imprimir (‘+’)} resto1
23
24
4
Ações Explícitas em Parse-Tree
Análise Gramatical
n
expr
expr
expr
-
{imprimir (‘+’)}
+
termo
{imprimir (‘-’)}
2 {imprimir (‘2’)}
termo
n
5 {imprimir (‘5’)}
termo
9
n
n
{imprimir (‘9’)}
Processo de se determinar se uma cadeia de
tokens pode ser gerada por uma gramática.
Método de análise gramatical para construir
tradutores dirigidos pela sintaxe.
Na prática, o parsing de linguagens pode ser
feito por algoritmos lineares.
Travessia linear da esquerda para a direita,
olhando um token de cada vez.
25
Parsers Top-Down e Bottom-Up
n
n
n
Refere-se à ordem em que os nós da parse
tree são criados.
Top-down: mais fáceis de escrever “à mão”.
Bottom-up: suportam uma classe maior de
gramáticas e de esquemas de tradução, e é
usado pelas ferramentas de geração de
parsers.
27
Construindo Parser Top-Down
1.
2.
26
Exemplo: Tipos em Pascal
tipo à tipo_simples
| ↑ id
| array [ tipo_simples ] of tipo
tipo_simples à integer
| char
| num pontoponto num
28
Passos na Construção Top-Down
Para cada nó n, com um não-terminal A,
selecione uma das produções de A e
construa os filhos de n para os símbolos à
direita da produção.
Encontre o próximo nó para o qual uma
sub-árvore deve ser construída.
29
30
5
Construindo Parser Top-Down
n
n
n
Construindo Parser Top-Down
n
Para algumas gramáticas basta uma única
travessia da esquerda para a direita da string
de entrada.
Token corrente é chamado de símbolo
lookahead.
Exemplo:
array [num pontoponto num ] of integer
Escaneando a entrada da esquerda para a direita.
31
32
Backtracking
n
n
Parsing Descendente Recursivo
A escolha de uma produção pode exigir
tentativa-e-erro, voltando para tentar
novas alternativas possíveis.
Parsing Preditivo: parsing em que não
ocorre backtracking (retrocesso).
n
n
n
Método de análise sintática top-down em que um
conjunto de procedimentos recursivos é usado
para processar a entrada.
Cada procedimento está associado a um símbolo
não-terminal da gramática.
Parsing Preditivo é um caso especial de parsing
descendente recursivo em que o símbolo
lookahead determina sem ambiguidades o
procedimento a ser chamado para cada nãoterminal.
33
Exemplo – Parsing Preditivo
34
Exemplo – Parsing Preditivo
Entry: array[num pontoponto num] of integer
void reconhecer (token t)
{
if (lookahead = = t)
lookahead = proximo_token;
else
error ( );
}
35
void tipo ( )
{ if (lookahead está em { integer, char, num })
tipo_simples ( );
else if (lookahead = = ‘↑’)
{ reconhecer (‘↑’); reconhecer (id); }
else if (lookahead = = array)
{ reconhecer (array); reconhecer (‘[’);
tipo_simples ( ); reconhecer (‘]’);
reconhecer (of); tipo ( ); }
else error ( );
}
36
6
Exemplo – Parsing Preditivo
Recursão à Esquerda
void tipo_simples ( )
{ if (lookahead = = integer)
reconhecer (integer)
else if (lookahead = = char)
reconhecer (char)
else if (lookahead = = num)
{ reconhecer (num); reconhecer (pontoponto);
reconhecer (num); }
else error ( );
}
n
n
n
É possível um analisador gramatical
descendente recursivo rodar para sempre.
O problema emerge em produções
recursivas à esquerda.
Problema:
A → Aα | β
Solução:
A → βR
R → αR | ∈
37
38
Um Tradutor para Expressões
Simples
n
n
n
Um Tradutor para Expressões
Simples
Utilizando-se as técnicas apresentadas:
construção de um tradutor dirigido pela
sintaxe.
Traduz expressões aritméticas para a forma
posfixa.
Necessário adaptar o esquema de tradução.
39
40
Análise Léxica
n
n
n
n
41
Lê e converte a entrada para um fluxo de
tokens.
Uma seqüência de caracteres de entrada
compõem um único token ⇒ lexema.
Um scanner isola o parser do lexema dos
tokens.
Quando um lexema é examinado, algum
mecanismo é necessário para verificação.
42
7
Usando um Analisador Léxico
n
Analisador Léxico
Funções que um analisador léxico realiza:
n
Tratamento de espaços em branco:
n
n
n
n
n
passa token e
seus atributos
lê
caracter
brancos
tabulações
avanço de linha
analisador
léxico
entrada
analisador
gramatical
empilha
caracter
de volta
Tratamento de números maiores que 9 (const).
Reconhecimento de identificadores e palavraschave.
Produtor-Consumidor
43
44
Analisador Léxico
Código do Analisador Léxico
retorna token ao chamador
getchar( )
ungetc(c,stdin)
analisador léxico
lexan( )
tokenval
variável global
45
int lexan ( )
{ int t;
while(TRUE) {
t = getchar( );
if (t = = ‘ ’ || t = =‘\t’) ;
else if (t = =‘\n’) clinha++;
else if (isdigit(t))
{ tokenval = t – ‘0’; t = getchar();
while (isdigit(t)) {
{ tokenval = tokenval * 10 + t – ‘0’; t = getchar(); }
ungetc(t,stdin);
return NUM;
}
else …
46
A Tabela de Símbolos
n
Estrutura de dados → armazena informações.
n
n
lexema, tipo, argumentos e passagem (se função)
n
Não é reservado quantidade fixa de espaço para os
lexemas.
Interface: armazenamento e recuperação.
n
n
n
Implementação da Tabela
inserir(s, t) – retorna o índice da nova entrada
buscar(s) – retorna o índice de uma entrada
Palavras-chave reservadas:
n
n
inserir(“div”,div)
inserir(“mod”, mod)
47
48
8
Pseudocódigo para um Scanner
Descrição dos Tokens
49
50
Máquina de Pilha Abstrata
Interface de vanguarda → interface de retaguarda.
Forma popular de representação intermediária.
n
n
instruções
1
2
3
4
5
6
Valores-L e Valores-R
empilhar 5
valor-r 2
+
valor-r 3
*
…
pilha
16
7
Distinção entre o significado dos
identificadores à esquerda e à direita
de uma atribuição.
n
dados
← topo
← pc
0
11
7
…
1
2
3
4
i = 5;
i = i + 1;
p↑ = q ↑;
Valores-L são localizações, e
Valores-R são valores.
n
51
Operações sobre a Pilha
n
n
n
n
n
n
52
Exemplo
v – coloca o valor v no topo da pilha
v a l o r -r l – coloca o conteúdo do local l no topo
da pilha
v a l o r -l l – coloca o endereço do local l no topo
da pilha
p o p – remove o valor do topo da pilha
:= atribui o valor-r no topo da pilha ao valor-l
abaixo, e os dois são removidos da pilha
c o p y – copia valor do topo da pilha
push
53
dia
:=
(1461*y) div 4 + (153*m + 2) div 5 + d
v a l o r- l d i a
push 1461
v a l o r- r y
*
push 4
div
push 153
v a l o r- r m
push 2
+
push 5
div
+
v a l o r- r d
+
:=
*
54
9
Fluxo de Controle
n
n
Fluxo de Controle - Instruções
Máquina de pilha executa instruções sequenciais,
a não ser: desvios condicionais ou incondicionais.
O destino dos desvios pode ser especificado:
n
n
n
rótulo
n
goto l
n
pelo operando da instrução.
o operando pode especificar um desvio relativo.
o destino pode ser especificado simbolicamente,
através de rótulos.
n
n
55
l – alvo dos desvios
– próxima instrução
g o f a l s e l – desempilha o valor ao topo da pilha;
desvia se for zero
g o t r u e l – desempilha o valor ao topo da pilha;
desvia se não for zero
p a r a r – para a execução
n
56
Fluxo de Controle - Instruções
57
10