Compiladores. Motivação. Tradutores. Motivação. Tipos de Tradutores. Tipos de Tradutores

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1 Motivação Prof. Sérgio Faustino Compiladores Conhecimento das estruturas e algoritmos usados na implementação de linguagens: noções importantes sobre uso de memória, eficiência, etc. Aplicabilidade freqüente na solução de problemas que exigem alguma forma de tradução entre linguagens ou notações. Implementação de linguagens para um domínio específico. 2 Motivação A disciplina de compiladores faz uso de um grande número de conceitos estudados em outras disciplinas do curso: linguagens de programação, algoritmos, linguagens formais, arquitetura, engenharia de software. Tradutores Linguagem de alto nível Linguagem de máquina (códigos binários). Programa original, escrito em linguagem de alto nível Programa Fonte. Resultado da tradução, em linguagem de máquina Programa Objeto. 3 4 Interpretadores: Programa conversor que recebe a primeira instrução, confere, converte, e ordena sua execução. Repete o processo sucessivamente. Apenas uma instrução fica na memória a cada instante. Se o programa fonte for executado uma segunda vez, haverá uma nova tradução. Compiladores: Programa conversor que recebe a 1 a instrução, confere, converte e passa para a próxima instrução sucessivamente. Após converter a última instrução (com nenhum erro), a CPU volta à 1 a instrução e executa (sucessivo). Se o programa fonte for executado uma segunda vez, não haverá uma nova tradução. 5 6

2 Vantagem: execução mais rápida. Desvantagem: modificação nova tradução. A execução de um programa fonte é basicamente um processo de dois passos: 7 8 Montadores ( Assemblers ): Traduzem programas escritos em linguagem de montagem em programas escritos em linguagem de máquina (0 s e 1 s). Pré-processadores: Traduzem programas escritos em linguagem de alto nível em outros programas escritos também em linguagem de alto nível: pré-processador C: Processamento de macros Inclusão de arquivos Compilação 9 10 Linguagens Linguagem fonte: C, Pascal, Java, Fortran, etc. Linguagem destino: linguagem de máquina (assembly) de um processador ou de uma máquina virtual (Java), ou de qualquer outra linguagem (C). Linguagem de implementação: linguagem em que o próprio compilador foi escrito. Evolução Histórica Demanda por linguagens de mais alto nível que linguagem de máquina e assembly. Nos anos 1950, compiladores eram programas notadamente difíceis de se escrever. Avanço teórico e de técnicas e ferramentas de implementação tornaram possível implementar compiladores muito mais facilmente

3 Contexto de um Compilador Vários componentes fazem parte do processo de compilação: pré-processador, compilador, assembler, carregador e/ou linkeditor. Compilação: Análise e Síntese Análise: quebra o código fonte em suas partes, e cria uma representação intermediária do programa. Síntese: Constrói o programa-destino a partir da representação intermediária Análise do Programa Fonte Análise Léxica lê uma seqüência de caracteres e a organiza como tokens (seqüências de caracteres com algum significado). Análise Sintática agrupa caracteres ou tokens em uma estrutura hierárquica com algum significado. Análise Semântica verifica se os componentes de um programa se encaixam de forma a ter um significado adequado. 15 Fases de um Compilador Gerenciador da Tabela de Símbolos programa fonte Analisador Léxico Analisador Sintático Analisador Semântico Gerador de código intermed. Otimizador de código Gerador de código programa destino Manipulador de Erros 16 Análise Léxica Análise Sintática - Parsing Expressão: position = initial + rate * 50 identificador position símbolo de atribuição = identificador initial sinal de adição + identificador rate sinal de multiplicação * número 50 Também chamada de análise gramatical. Envolve o agrupamento dos tokens em frases gramaticais Baseada na gramática da linguagem, é gerada uma árvore sintática (parse tree) do programa

4 Regras Sintáticas Qualquer identificador é uma expressão. Qualquer número é uma expressão. Se expressão 1 e expressão 2 são expressões, então também são expressões: expressão 1 + expressão 2 expressão 1 * expressão 2 ( expressão 1 ) Regras Sintáticas Se identificador 1 é um identificador e expressão 2 é uma expressão, então identificador 1 = expressão 2 é um enunciado. Se expressão 1 é uma expressão e comando 2 é um enunciado, então while ( expressão 1 ) { comando 2 } if ( expressão 1 ) { comando 2 } são enunciados Árvore Sintática position = initial + rate * 50 comando de atribuição identificador = expressão position expressão + expressão identificador expressão * expressão initial identificador número rate Análise Semântica Procura erros semânticos (de significado) no programa. Captura as informações de tipo. Realiza a verificação de tipos. A expressão x = x + 3.0; está sintaticamente correta, mas pode estar semanticamente correta ou não, dependendo do tipo de x. 22 Análise Semântica Conversão de inteiro para real: Tabela de Símbolos Estrutura de dados usada para guardar identificadores e informações sobre eles: alocação de memória tipo do identificador escopo (onde é válido no programa) (se procedimento ou função) número e tipo dos argumentos, forma de passagem dos parâmetros e tipo retornado

5 Tratamento e Recuperação de Erros Erros são gerados, mas o compilador deve informar o máximo possível de erros em uma única execução: isso é feito através de recuperação de erros, que avisa sobre o erro mas tenta continuar o processo de compilação. Tipos de erros: léxicos, sintáticos, semânticos, etc. Geração de Código Intermediário Idealmente deve ser fácil de produzir e também de traduzir para a linguagem destino. Na prática se está gerando código para uma máquina abstrata. Por exemplo, Three-address-code: usa memória como registrador, uso extensivo de nomes temporários, usa apenas operações simples Código Intermediário - Exemplo position = initial + rate * 50 temp1 = inttoreal (50) temp2 = id3 * temp1 temp3 = id2 + temp2 id1 = temp3 Otimização de Código Realiza transformações no código visando melhorar sua performance em aspectos de tempo de execução, uso de memória, tamanho do código executável, etc Otimização de Código temp1 = inttoreal (50) temp2 = id3 * temp1 temp3 = id2 + temp2 id1 = temp3 temp1 = id3 * 50.0 id1 = id2 + temp1 Geração de Código Fase final do compilador. Consiste de código de máquina relocável ou código de montagem. Realiza a alocação de registradores e tradução do código intermediário para a linguagem destino

6 Geração de Código temp1 = id3 * 50.0 id1 = id2 + temp1 MOVF id3, R2 MULF #50.0, R2 MOVF id2, R1 ADDF R2, R1 MOVF R1, id1 31 Organização de um Compilador Fases são separadas em: Interface Front-end (Vanguarda): até geração de código intermediário. Dependem da linguagem fonte. Independe da máquina alvo. Interface Back-end (Retaguarda): inclui as fases de otimização e geração de código. Independe da linguagem fonte. Depende da máquina alvo. Comum manter a interface de vanguarda e refazer a de retaguarda p/ produzir compilador da mesma linguagem numa máquina diferente. 32 Ferramentas auxiliares para a construção de compiladores Scanner generators, baseados em expressões regulares. Exemplo: Lex. Parser generators, baseados em gramáticas livres de contexto. Exemplo: Yacc. Compiler-compilers, compiler generators. Engenhos de tradução dirigida por sintaxe. Geradores automáticos de código (template matching). Debuggers, profilers, gerenciadores de versão. 33

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