Begreber og Redskaber 1. Programmeringssprog Sprog = mængde af sætninger ?

Præsentationer af emnet: "Begreber og Redskaber 1. Programmeringssprog Sprog = mængde af sætninger ?"— Præsentationens transcript:

1 Begreber og Redskaber 1

2 Programmeringssprog Sprog = mængde af sætninger ?

3 Programmeringssprog Sprog = syntaks+semantik+pragmatik Syntaks: hvilken tekst der må stå Semantik: hvad det betyder Pragmatik: hvordan det bruges

4 Syntaksbeskrivelse Syntaksbeskrivelse: beskrivelse af de korrekte sætninger i sproget. idag Regulære udtryk Kontekstfri grammatikker (EBNF) Java’s syntaks

5 Formål Kunne læse syntaksbeskrivelse af Java –Nyttigt redskab i en værktøjskasse Forstå hvad en syntaksbeskrivelse er –Se om tekster er syntaktisk korrekt –Skrive syntaks ud fra eksempler Give et videre perpektiv –Historie –Videnskab mellem lingvistik og matematik

6 Syntaks Fra ccj2 2.2 Assignment variableName = expression; 6.1 The while statement while( condition ) statement Osv..

7 Syntaks Præcedens regler i*j+k*l Associativitet a-b-c(a-b)-c a=b=ca=(b=c) Dangling else –if() if() stmt; else stmt

8 Semantik Hvad betyder det? Hvad er forskellem på & og &&? Hvornår er to strenge ens? Hvordan virker % for negative tal? Osv...

9 Pragmatik Konventioner –Klassenavne med stort bogstav –Felter og metoder med små bogstaver –Konstanter med kun store bogstaver Ideomer –for(;;){.. if(..)break;..} God stil –Indrykninger, kommentarer,..

10 Et java program public class HelloWorld{ public static void main(String[] args){ // Hovedprogram! System.out.println(”Hej”); }

11 Bestanddele af program Variable og typer Regneudtryk Sætninger Underprogrammer Klasser Biblioteker

12 Typer Heltal ( int,..), 1 117 Kommatal ( float, double ) 1.0 1E10 Logiske værdier ( boolean ) true false Tegn ( char ) ’c’ ’\n’ Tekststrenge ( String ) ”hello” Og så er der også klasser og objekter...

13 Variable Variable og typer –Variabel erklæring –int i; –Variabel initialisering –int i = 1; –Variabel tildeling –i = 1; –Variabel inkrementering –i++;

14 Udtryk Sammenligning ( ==,>=,,!= ) Aritmetik ( +,-,*,/,% ) Tildeling ( =,+=,++ ) Betinget udtryk ( ? : ) Eksempel int i = 3+4; boolean b = (i++ == 7);

15 Tekststrenge ”dette er en tekststreng” Sammenhæftning af strenge med + Næsten alt kan konverteres til tekststrenge, f.eks. når det står efter + Eksempel int i = 7; String s; s = ”i = ” + i;

16 Udskrivning System.out.println( udtryk ); System.out.println(); System.out.print( udtryk ); Udtryk er streng, tal, tegn, logisk værdi,.. Eksempel System.out.println(”Hello”);

17 Sætninger If: if( exp ) stmt else stmt While: while( exp ) stmt Do: do stmt while( exp ) For: for( exp;exp;exp ) stmt Switch: switch( exp ){ case exp: stmt..} Andet: break,continue,return,try

18 Hvad mer?? Klasser, nedarvning og beskyttelse Overlæsning, overskrivning, polymorfi Interface, abstrakte klasser Tabeller Undtagelser, parallelitet Et hav af standard klasser

19 Kan man skrive til programmer? Nå ja – men det er ikke helt let! Eksempel try{ DataInputStream in = new DataInputStream(System.in); String s = in.readLine(); System.out.println("Read : "+s); }catch(java.io.IOException e){}

20 --------------------------- --------------------------------------------------------

21 Sprog Formelt vs. Naturligt sprog Programmering sker i formelle sprog Maskinel analyse af naturlige sprog er kompliceret aktivt forskningsfelt Eksempler på formelle sprog –Telefonnumre –Email adresser –HTML dokumenter –Java programmer

22 Notation Terminaler: Det der skal stå direkte i tekster (f.eks. Dele af Javaprogram ) –I EBNF f.ex. class Nonterminaler: dele af tekster som forklares andetsteds i grammatikken –I EBNF Expression

23 Mere notation EBNF udtryk bruger: –[.. ] mulighed 0-1 –{.. }gentagelse 0-flere –(.. |.. )valgmulighed EBNF regler har ofte formen Nonterminal: udtryk1 udtryk2 Det skal læses som: (udtryk1 | udtryk2)

24 Grammatik: udtryk Grammatikken for regneudtryk i MiniJava Expression : VarName | Number | ””” { Tegn } ””” | Expression ”+” Expression | Expression ”-” Expression | ”(” Expression ”)”

25 Udtryk: navne, tal Number : Ciffer { Ciffer } Ciffer : ”0” | ”1” | ”2” | ”3” | ”4” | ”5” | ”6” | ”7” | ”8” | ”9” VarName : Bogstav { Ciffer | Bogstav } Bogstav : ”a” | ”b” | ”c” |... Tegn : Bogstav | Ciffer | ”.” | ”,” |...

26 Udtryk Eksempler: ”hej verden” 1+2+3+4 1+(1+2+3+4)+ 1+(1+(1+(1+1)))

27 Eksempel: udtryk Java udtryk: 2-3+4 Afledning: Expression → Expression ”-” Expression Number Expression ”+” Expression 2 3 4

28 Eksempel: udtryk Javaudtryk: 2-3+4 Alternativ afledning: Expression → Expression ”+” Expression Expression ”-” Expression Number 2 3 4

29 Grammatikken er rekursiv To regneudtryk kan sættes sammen med et ”+” eller et ”-” og tilsammen er det et regneudtryk. Rekursive definitioner kan være problematiske… Barbereren barberer alle de folk i byen som ikke barberer sig selv. Hvem barberer barbereren?

30 Fibonacci tal De to første fibonacci tal er 1 og 1. Et fibonacci tal er summen af de to foregående fibonacci tal. Definitionen er rekursiv. 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89 Rekursive definitioner er ok hvis det definerer noget ”større” ud fra noget ”mindre” og det ”mindste” er veldefineret uden rekursion. (”større”, ”mindre” og ”mindste” kan formaliseres som ordnede mængder i matematikken)

31 Tvetydig grammatik Grammatikken er tvetydig Dvs: Der findes tekststrenge som kan afledes på mere end en måde fra grammatikken. Tvetydighed er ikke et problem for hvad der er syntaktisk korrekt Tvetydighed er et problem når vi skal forklare semantikken af udtryk Tvetydighed afklares ved at specificere associativitet og præcedens af operatorer..

32 --------------------------- --------------------------------------------------------

33 EBNF Extended Backus Naur Form 1963: Brugt i Algol rapport (Peter Naur ed.) John Backus medforfatter. (De brugte en simplere version uden ”{” og ”}”) Variant af Kontekst-fri grammatikker (Chomsky 1956) Variant brugt af Panini, indisk grammatiker ca. 300 BC, til beskrivelse af Sanskrit

34 Regulære udtryk Regulære udtryk er en variant af EBNF hvor man kun har et udtryk og ikke mulighed for ekstra regler Kendes fra søgninger i mange tekstbehandlingssystemer Bruger ofte lidt andre symboler: –(.. )* betyder gentag 0-flere gange –(.. )+ betyder gantag 1-flere gange –(.. )? betyder mulighed 0-1

35 Chomsky hierarkiet Type 0 sprog: Uindskrænkede sprog (sprog med en formel syntaks) Type 1 sprog: Kontekst-følsomme sprog (hvad der må stå hvor i tekster afhænger af kontekst) Type 2 sprog: Kontekst-frit sprog (sprog der kan beskrives med EBNF eller tilsv.) Type 3 sprog: Regulære sprog (sprog der kan beskrives ved en enkelt regel i EBNF eller tilsv. Dvs. regulære udtryk)

36 Chomsky Noam Chomsky: lingvist og samfundsdebatør (f. 1928) Chomsky hierarkiet er fra 1956 og primært tænkt til beskrivelse af naturlige sprog (vha transformationsgrammatikker..)

37 Et par resultater Sproget: ”ab”,”aabb”,”aaabbb”,... er kontekstfrit men ikke regulært. Sproget: ”abc”,”aabbcc”,”aaabbbccc”,.. er ikke kontekstfrit men kontekstafhængigt. Sprog1: ab a Sprog1 b

38 Et par resultater Der findes ingen generelle teknikker til at undersøge om to EBNF’er beskriver samme sprog (Det kan bevises at en sådan teknik heller ikke kan findes!) (det er et uafgørligt problem) En sådan teknik findes for regulære udtryk.

39 Hvad kan det bruges til? Regulære udtryk → søgninger i store datamængder Genkendelse kan klares af endelige automater (uden hukommelse) Kontekst fri sprog → oversættere, parsere Genkendelse kræver hukommelse Særligt effektive genkendere/parsere findes for klasser af kontekst-fri grammatikker (LL(1), LALR(1),..) De kan konstrueres automatisk ud fra grammatikken (YACC, Bison, Antlr)

40 Ord, ord, ord … SyntaksGrammatikGenkendelse SemantikEBNFParser PragmatikRegulært udtrykKontekstfrit sprog Formelt sprogSyntakstræRegulært sprog Naturligt sprogAfledningUafgørligt NonterminalTvetydigChomsky hierarki TerminalRekursion

41 --------------------------- -------------------------------------------------------

42 Grammatik for MiniJava Program : ClassDef ClassDef : ”public” ”class” ClassName ”{” ”public static void main(String[ ] args){” Statements ”}” ”}” Statements : { Statement } Statement : Identifier ”(”Parameters ”)” ”;” | VarDef | VarName ”=” Expression ”;”

43 Grammatik fortsat VarDef : TypeName VarName ”;” | TypeName VarName ”=” Expression ”;” Parameters : | Expression { ”,” Expression } Expression : VarName | Number | ””” { Tegn } ””” | Expression ”+” Expression | Expression ”-” Expression | ”(” Expression ”)”

44 Grammatik fortsat Identifier : Name { ”.” Name } VarName : Name TypeName : Name ClassName : Name Name : følge af bogstaver og cifre der starter med bogstav Number : følge af cifre Tegn:..

45 Et Java Program public class A { public static void main(String[ ] args) { System.out.println(”Hello”); }

46 Afledning Program → ClassDef ClassDef → ”public” ”class” ClassName ”{” ”public static void main(String[ ] args){” Statements ”}” ”}” ClassName → ”A” Statements → Statement

47 Afledning fortsat Statement → Identifier ”(”Parameters ”)” ”;” Identifier → Name ”.” Name ”.” Name → ”System” ”.” ”out” ”.” ”println” Parameters → Expression { ”,” Expression } → Expression Expression → ””” Hello ”””

48 Syntakstræ (lettere beskåret) Program ClassDef public class ClassName { public static void main(String[ ] args){ Statements }} A Identifier ”(”Parameters ”)” ”;” System.out.println ”Hello”

49 Syntakstræer ”Program” er roden i træet Bladene i træet er ”terminalerne” Der sidder ”nonterminaler” i alle forgreninger Når det tegnes vokser det nedad med roden øverst Samler man bladene ved gennemløb af træet fra venstre til højre får man programteksten

50 Java Language Specification Findes på nettet – indeholder detaljeret beskrivelse af alle konstruktioner i java, syntaks, semantik og pragmatik http://java.sun.com/docs/books/jls/index.html Her følger et udkog med ca 2/3 af Java – de dele I får brug for… Kun syntaks og I EBNF format Der tages forbehold for fejl og mangler..

51 Et program består af klasser CompilationUnit: [ ”package” QualifiedIdentifier ”;” ] {ImportDeclaration } {ClassDeclaration } ImportDeclaration: ”import” Identifier { ”.” Identifier } [ ”.” ”*” ] ”;” ClassDeclaration: {Modifier } ”class” Identifier [ ”extends” Type ] [ ”implements” TypeList ] ClassBody Modifier: ”public” | ”protected” | ”private” | ”static” | ”abstract” | ”final” | ”native” | ”synchronized” | ”transient” | ”volatile” | ”strictfp”

52 En klasse består af metoder ClassBody: ”{” { ClassBodyDeclaration } ”}” ClassBodyDeclaration: ”;” [ ”static” ] Block {Modifier } MemberDecl MemberDecl: [ ”void” | Type ] Identifier FormalParameters BracketsOpt [ ”throws” IdentifierList ] ( Block | ”;” ) Type Identifier BracketsOpt [ ”=” VariableInitializer ] VariableInitializer: ”{” [VariableInitializer { ”,” VariableInitializer } [”,”] ] ”}” Expression

53 Metoder består af sætninger Block: ”{” { BlockStatement } ”}” BlockStatement : [ ”final” ] Type VariableDeclarator { ”,” VariableDeclarator } ”;” [Identifier ”:”] Statement VariableDeclarator: Identifier BracketsOpt [ ”=” VariableInitializer ] BracketsOpt: { ”[” ”]” } FormalParameters: ”(” [ FormalParameter { ”,” FormalParameter}] ”)” FormalParameter: Type Identifier BracketsOpt

54 Sætninger Statement: Block ”if” ”(”Expression ”)” Statement [else Statement] ”for” ”(” ForInit ”;” [Expression] ”;” ForUpdate ”)” Statement ”while” ”(”Expression ”)” Statement ”do” Statement ”while” ”(”Expression ”)” ”;” ”try” Block ( Catches | [Catches ] ”finally” Block ) ”switch” ”(”Expression ”)”{ SwitchBlockStatementGroups } ”synchronized” ”(”Expression ”)” Block ”return” [Expression ] ”;” ”throw” Expression ”;” ”break” [Identifier ] ”;” ”continue” [Identifier] ”;” Expression ”;” Identifier ”:” Statement

55 Typer, mm. Type: Identifier {. Identifier } BracketsOpt BasicType BasicType: ”byte” | ”short” | ”char” | ”int” | ”long” | ”float” | ”double” | ”boolean” Catches: CatchClause { CatchClause } CatchClause: ”catch” ”(” FormalParameter ”)” Block ForInit: Expression { ”,” Expression } [”final”] Type VariableDeclarator { ”,” VariableDeclarator } ForUpdate: Expression { ”,” Expression } SwitchBlockStatementGroups: { SwitchLabel {Statement } } SwitchLabel: ”case” Expression ”:” | ”default” ”:”

56 Udtryk Expression: Expression1 [AssignmentOperator Expression1] AssignmentOperator: ”=” | ”+=” | ”-=” | ”*=” | ”/=” | ”&=” | ”|=” | ”^=” | ”%=” | ” >=” | ”>>>=” Expression1: Expression2 [ ”?” Expression ”:” Expression1 ] Expression2 : Expression3 { Infixop Expression3 } Expression3 ”instanceof” Type Infixop: ”||” | ”&&” | ”|” | ”^” | ”&” | ”==” | ”!=” | ” ” | ” =” | ” >” | ”>>>” | ”+” | ”-” | ”*” | ”/” | ”%” Expression3: PrefixOp Expression3 ( Type ) Expression3 Primary {Selector } {PostfixOp } Selector: ”.” Identifier | ”[” Expression ”]” PrefixOp: ”++” | ”--” | ”!” | ”~” | ”+” | ”-” PostfixOp: ”++” | ”--”

57 Simple udtryk Primary: ”(” Expression ”)” ”this” [ Arguments ] ”super” [Arguments ] ”new” Identifier ”[” Expression ”]” { ”[” Expression ”]” } ”new” Identifier Arguments Identifier { ”.” Identifier } Arguments Arguments: ”(” [Expression { ”,” Expression } ] ”)”

58 --------------------------- -------------------------------------------------------

59 Lidt historie Maskiner: 1. Generation: 1940 → –Radiorør, kviksølvrør, DASK 1952 2. Generation 1950 → –Transistorer, GIER 1959 3. Generation 1964 → –Integrerede kredsløb 4. Generation –Højt integrerede kredsløb VLSI, 5. Generation –Multiprocessormaskiner

60 Datamaskiner Tidlige mekaniske maskiner Babbage, Pascal, Zuse 30’erne. Teori: Turingmaskinen, Church, Curry, von Neumann. Beregnelige funktioner 40-45. Beregningsmaskiner Eniac (43-44, USA) radiorør (19000stk) til beregning af kanonskud Zuse (1945, Tyskland) relæer Colosus (1943, Alan Turing, England) radiorør (1500stk) Krypto-analyse af Enigma koder

61 Datamaskiner Fra 1948. Universelle maskiner Programmerbare. EDVAC rapport 1944 EDSAC (Wilkes,Cambridge,England) ACE (Turing, Manchester, England) 1948 Transistoren 1964 Integrerede kredsløb 1970 Chip, Intel 4004 (2250 transistorer, 1280 ½byte data, 4k instruktioner)

62 Programmeringssprog Maskiner: 1. Generation: 1940’erne –Maskinkode 2. Generation 1948-54 –Assembler, AUTOCODE (1952) –Tidlige maskinspecifikke sprog 3. Generation 1954 → –Højniveausprog: Java, C, C++, Pascal, 4. Generation –Specielle programmeringsomgivelser til særlige formål 5. Generation –Naturligt sprog

63 Programmeringssprog Fortran, 1954 Cobol, 1959-60 Algol 1960 Basic 1964 C 1972 Simula 1967 Pascal 1972 C++ 1986 Java 1995 Andre sprog Logikprogrammering prolog 1972 Funktionsprogrammering Lisp 1960 ML, Haskell, Scheme