Automater, sprog og compilere Per P. Madsen

Indhold. MM1: Programmeringssprog - compiler. MM2: Formelgramatik og syntaksbeskrivelsesformer. MM3: Endelige automater. MM4: LEX - et værktøj til genkendelse af regulære sprog. MM5: Top-down parsning (Predictive recursive decent ). MM6: Bottom up parsing og YACC. MM7: Back-end. MM8: Sprog typer: Imperative sprog, logiske sprog mfl. MM9: Antlr MM10: Eksamems opgave.

Sprog Et sprog er defineret ved sprogets syntaks og semantik. Sprogets opbygning ’’syntaks’’ er givet ved grammatik. Sprogets mening ’’semantik’’ er giver ved forståelsen af de enkelte sætninger.

Sprog og grammatik Et sprog L(G) er mængden af sætninger afledt af grammatikken G. Grammatik er en 4-tuple: G={N, ,P,S}. Hvor: N er et sæt af non-terminale symboler  er et sæt af terminale symboler P er et sæt af produktioner S er sætnings- eller startsymbolet.

Grammatiske regler start -> program ( ident ) globalvar begin statementlist end ident -> letter tegenlist letter -> a | b | c | d | | å | A | B | | Å tegnlist -> tegn tegnlist | e tegn -> letter | digit digit -> 0 | 1 | 2 | 3 | | 9 globalvar -> type identlist ; type -> char | int | float identlist -> ident | ident, identlist statementlist -> statement statementlist | e statement -> ident = exp ; exp -> exp + exp | exp - exp | exp * exp | exp / exp | ident; program(p1) char a1, bbb7y; begin kk= a1 + jj - d7 * jj; jj= kk * u7; end

Syntaks Syntaks: Læren om hvordan de enkelte ord sammensættes. Et syntaktisk korrekt program/sprog er et sprog bestående af sætminger afledt af den grammatik der definere sproget.

Programmeringssprog. Programmeringssprog er ofte givet ved en række egenskaber: Data typer Data strukturer og evt klasser Instruktion og kontrol flow Design filosofi Compiler og/eller fortolker

Data typer Simple typer: char, int, float,,, Statisk ~ dynamisk Strong ~ weak.

Programmeringssprog. Programmeringssprog er ofte givet ved en række egenskaber: Data typer Data strukturer og evt klasser Instruktion og kontrol flow Design filosofi Compiler og/eller fortolker

Design filosofi Imperativ programmering - Declarativ programmering. Struktueret programmering - Ustruktueret programmering. Flow-driven programmering - Event-driven programmering. Scalar programmering - Array programmering. Objekt-orienteret programmering. Logisk programmering.

Compiler og/eller fortolker Compiler Source sprogTarget sprog Fortolker Source sprog Kald til runtime-/ operativ-systemet Assembler, mellemkode fx Java.class, andet sprog fx C.

Source sprog Computersprogs anvendelse: Tekst baseret opsætning af programmer. Gemme status evt. på læsbar form. Dataformidling. XML er et dedikeret sprog til denne opgave. Opbygning af grafik. PostScript, SVG, VRML/X3D, osv. Tekstbehandling fx: LaTeX, DocBooK, HTML. Programmering af maskiner til dedikerede anvendelser. Easy-to-use lag oven på standard software. Alm. programmering C, C++, Java, Prolog. Osv.

Target sprog Target sprog: Skal kunne vidrebearbejdes af målsystemet. –Assembler til målsystemet. –Mellem kode hvis det kan vidrebearbejdes af målsystemet –Fx: C hvis der til målsystemet findes en C compiler. –Kode til en virtuelmaskine.

Target sprog Tre adr.instruktioner fx: Mellemkode. Res= opr1 Operation opr2 Alm CPU. MOVE src,dist Simple risc CPU. MOVWF dist SUBWF adr Stak maskine. Fx JVM Load opr1 Load opr2 Sub Out Res

#include float a,b,c; float e[5]; int *ptr; void viggo() { a= b+c; } int main() { b=2; c=3; viggo(); printf("a= %f\n",a); } 1.file"tmp.c" 2.section.text 3.globl _viggo 4 _viggo: pushl%ebp E5 movl%esp, %ebp D flds_b D fadds_c f D91D1000 fstps_a D popl%ebp C3 ret 12 LC3: D2025.ascii "a= %f\12\0" A00

#include float a,b,c; float e[5]; int *ptr; void viggo() { a= b+c; } int main() { b=2; c=3; viggo(); printf("a= %f\n”,a); } 14.globl _main 15 _main: e 55 pushl%ebp f 89E5 movl%esp, %ebp EC08 subl$8, %esp E4F0 andl$-16, %esp B movl$0, %eax c 29C4 subl%eax, %esp e B movl$0x , %eax A movl%eax, _b B movl$0x , %eax d A movl%eax, _c E8B9FFFF call_viggo 26 FF EC04 subl$4, %esp a D flds_a D6424F8 leal-8(%esp), %esp DD1C24 fstpl(%esp) pushl$LC c E89FFFFF call_printf 32 FF C410 addl$16, %esp C9 leave C3 ret

#include float a,b,c; float e[5]; int *ptr; void viggo() { a= b+c; } int main() { b=2; c=3; viggo(); printf("a= %f\n",a); } 36.comm _a,16 37.comm _b,16 38.comm _c,16 39.comm _e,32 40.comm _ptr, ident"GCC: (GNU) 3.3.1" GAS LISTING tmp.s page 2 DEFINED SYMBOLS *ABS*: tmp.c tmp.s:4.text: _viggo *COM*: _b *COM*: _c *COM*: _a tmp.s:15.text: e _main *COM*: _e *COM*: _ptr UNDEFINED SYMBOLS _printf

Compiler/fortolker struktur Mellem- kode Kald til Runtimesys. Mellemk.- optimering Kode- generering Kode- optimering Leksikalsk- analyse Syntax- analyse Semantik- analyse if viggo == 3 then.... If-token Ident-token IdentX(type=Int) Gen(Comp, *Viggo,3) Gen(jump if not, adress) Compiler Fortolker Front end Back end

Programmeringsparadigmer. Programmeringsparadigme: Den stil/metode, som programmerings sproget og/eller programmøren anvender. Eksempler på paradigmer:  Imperativ programmering - Declarativ programmering.  Struktueret programmering - Ustruktueret programmering.  Flow-driven programmering - Event-driven programmering.  Scalar programmering - Array programmering.  Objekt-orienteret programmering.  Logisk programmering.

Programmeringsparadigmer. Programmeringsparadigme: Den stil/metode, som programmerings sproget og/eller programmøren anvender. Eksempler på paradigmer:  Imperativ programmering - Declarativ programmering.  Struktueret programmering - Ustruktueret programmering.  Flow-driven programmering - Event-driven programmering.  Scalar programmering - Array programmering.  Objekt-orienteret programmering.  Logisk programmering.

Imperativ programmering Imperativ - Bydende Gør dit. Gør dat.. for (i=0;i<10;i++) { k= k+i; }

Declarativ programmering. Hvad og ikke hvordan. Fx HTML beskriver, hvad der skal vises. Hvordan, dvs hvilken algoritme, der skal anvendes defineres ikke. Det er HTML fortolkeren, der afgør hvordan siden skal vises. Dvs.  Deklarativ pro. beskriver, hvad et samlet system er opbygget af.  Imperativ pro. indeholder en algoritme for opbygning af systemet.

Programmeringsparadigmer. Eksempler på paradigmer:  Imperativ programmering - Declarativ programmering.  Struktueret programmering - Ustruktueret programmering.  Flow-driven programmering - Event-driven programmering.  Scalar programmering - Array programmering.  Objekt-orienteret programmering.  Logisk programmering.

Struktureret programmering.  Sproget skal hjælpe os med at forstå hvad det laver: Selvdokumenterende.  Struktur og effektivitet er ikke modsætninger.  Ofte vil strukturerede programmer være mere effektive end ustrukturerede da de er nemmere at vedligeholde og modificere.

Struktureret programmering. Sprog, hvor forløbet gennem programmet "tydeligt" fremgår af den syntaktiske struktur af programmet. "Entry" if (per.hoejde > 1.80) printf(”per er heoj\n”); else printf(”per er lav\n”); "Exit" Et forløb fremgår "tydeligt" når single-entry/single-exit er overholdt

If if (a==2) {b=2;} else {b=1;} moveq.l #2,d2 cmp.l -4(a6),d2 jbne.L2 moveq.l #2,d2 move.l d2,-8(a6) jbra.L3.L2: moveq.l #1,d2 move.l d2,-8(a6).L3:

Dangling else if (a) if (b) c=1; else c=2; er det: if (a) if (b) c=1; else c=2; eller: if (a) { if (b) c=1; else c=2; }

for for (a=0; a<10; a++) {b= a;} clr.l -4(a6).L4: moveq.l #9,d2 cmp.l -4(a6),d2 jbge.L7 jbra.L5.L7: move.l -4(a6),-8(a6).L6: addq.l #1,-4(a6) jbra.L4.L5:

while while (a > 5) {--a;}.L8: moveq.l #5,d2 cmp.l -4(a6),d2 jblt.L10 jbra.L9.L10: subq.l #1,-4(a6) jbra.L8.L9:

switch switch (a) { case 0: {b= 1;} break; case 1: {b= 2;} break; case 2: {b= 3;} break; default: {b= 0;}; } move.l -4(a6),d0 moveq.l #1,d2 cmp.l d0,d2 jbeq.L13 moveq.l #1,d2 cmp.l d0,d2 jblt.L17 tst.l d0 jbeq.L12 jbra.L15.L17: moveq.l #2,d2 cmp.l d0,d2 jbeq.L14 jbra.L15.L12: moveq.l #1,d2 move.l d2,-8(a6) jbra.L11.L13: moveq.l #2,d2 move.l d2,-8(a6) jbra.L11.L14: moveq.l #3,d2 move.l d2,-8(a6) jbra.L11.L15: clr.l -8(a6).L11:

Programmeringsparadigmer. Eksempler på paradigmer:  Imperativ programmering - Declarativ programmering.  Struktueret programmering - Ustruktueret programmering.  Flow-driven programmering - Event-driven programmering.  Scalar programmering - Array programmering.  Objekt-orienteret programmering.  Logisk programmering.

Flow driven - Event driven Event driven systemer: Grafisk user interface. Kommandofortolkere. Operativsystemer. Kommunikationssystemer Event driven. Flow driven.

Programmeringsparadigmer. Eksempler på paradigmer:  Imperativ programmering - Declarativ programmering.  Struktueret programmering - Ustruktueret programmering.  Flow-driven programmering - Event-driven programmering.  Scalar programmering - Array programmering.  Objekt-orienteret programmering.  Logisk programmering.

Objekt-orienteret programmering. Hoved Ide’. Software består af en samling velafgrænsede komponenter med bestemte egenskaber og funktionalitet og tilstand. Disse komponenter kaldes objekter. Objekter kan samarbejde vha. at sende beskeder til andre objekter (Kalde metoder i andre objekter) og processer data.

Objekt-orienteret programmering. Objekter er beskyttede ved hjælp af et veldefineret scope for de indeholdte data og metoder. public, private, protected Fordele ved OOP. –Nemmere vedligehold og genbrug af software. –Ofte nemmere at udvikle strukturen af programmet.

Objekt-orienteret programmering. En klasse er en definition af et objekt. Et objekt er en instans af en klasse. En attribut er noget data i et objekt. En metode er en funktion i et objekt. Nedarvning er når en ny klasse dannes udfra en anden klasse og derved arver denne klasses egenskaber (Attributter og metoder).

Classediagram Bil Farve : string Årgang : int motor: Motor Start() Tank op() Navn Attributter Metoder Personbil Type: string Lastbil Nettolast : int Motor Effekt: float AntCyl: int SætGSpjæld()... 1 UML

C++ class Bil{ string farve; int aargang; motor Moter1; public: void start(); void tankop(float liter); Bil(string,int); }; Bil::Bil(string fa,int aar) { farve= fa; aargang= aar; } class Personbil: public Bil{ string type; public: Personbil(string f, int a): Bil(f,a){}; Personbil(void): Bil("blaa",1900){}; };

C++ Personbil kadet("gul",1986); Personbil *fiatPtr= new Personbil("blaa",1965); Personbil *fordPtr= new Personbil; int *intarray = new int[10]; Personbil *bilpark= new Personbil[10];

Programmeringsparadigmer. Eksempler på paradigmer:  Imperativ programmering - Declarativ programmering.  Struktueret programmering - Ustruktueret programmering.  Flow-driven programmering - Event-driven programmering.  Scalar programmering - Array programmering.  Objekt-orienteret programmering.  Logisk programmering.

Prolog  Declarativt dvs. hvad og ikke hvordan.  Logisk dvs. regler og facts i en videnbase. Facts Regler Inferensmaskine Videnbase

Facts. Prædikat(objektliste) Fx: mand(per). alder(per,49). far(per,kaj). vejr(aalborg,april,regn). write(’En tekst’). consult(’fil.pl’). halt.

Inferensmaskinen. 1 ?- mand(per). Yes 2 ?- mand(X). X = per Yes 3 ?-

Konklusion :- betingelser Fx: soen(X,Y) :- dreng(Y),far(X,Y). soen(X,Y) :- dreng(Y),mor(X,Y). Regler IfAnd soen(X,Y) :- dreng(Y),far(X,Y);dreng(Y),mor(X,Y). Or

Inferensmaskinen. 4 ?- soen(per,X). X = mads X = kaj X = asger X = peter No 5 ?- ; ; ; ;

Beregninger: Fx: foedt(per,1960). alder(X,Y) :- foedt(X,F),Y is F. Regler = fak(0,1). fak(X,Y) :- X1 is X - 1, fak(X1,Z), Y is Z*X. div(X,Y,Res):- Y=\=0,Res is X/Y;Res is 0.