Compiladores. Tipos. Regras semânticas. Expressões de tipos. Propriedades de Sistemas Tipados. Análise Semântica e checagem de tipos
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- Mirella Aranha Vilarinho
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1 Compiladoe Veificação de tipo Supote ao untime Análie Semântica e checagem de tipo Intodução: o que ão tipo, paa que evem...? Repeentação de tipo Exemplo de veificação de tipo: Uma linguagem imple Declaaçõe, expeõe, intuçõe, funçõe... Uo de ega emântica paa veifica a declaação de tipo. Uo de ega emântica paa veifica o tipo de expeõe Uo de ega emântica paa veifica o tipo de comando Uo de ega emântica paa veifica o tipo de funçõe Tipo Definiçõe: Um tipo é uma coleção de valoe computávei que compatilham alguma popiedade etutual (Mitchell) Uma coleção de valoe que um fagmento de pogama pode aumi duante execução (Cadelli) Poque te tipo? 1. Se voce poui tipo e um itema tipado (conjunto de ega), é poível checa em pépoceamento paa evita eo de execução 2. Etutua do pogama & documentação 3. Manutenção & engenhaia de oftwae 4. Otimizaçõe Popiedade de Sitema Tipado Uma linguagem tipada iá etona um eo cao haja inconitência ente o tipo do dado. Pogamado deve abe poque o pogama não compila ou poduz eo Veificação é não tivial: Linguagen fotemente tipada Nenhum eo de tipo paa depecebido Exemplo: ML, ADA, Pacal (maio pate), Java Linguagen facamente tipada Eo de tipo podem ocoe: C/C++: uando conveão, aitmética envolvendo ponteio, paando final de um aay, etc Balanço: Linguagen facamente checada peciam de alguma foma de gabage collection (podem impacta o tempo de execução) Ma ão mai fácei de eceve pogama (vantagem obe apecto de tempo de deenvolvimento) Rega emântica Exemplo: Se ambo opeando de opeaçõe aitmética ão inteio, então o eultado é inteio O eultado de um opeado unáio & é um ponteio paa o objeto decito pelo opeando Denota o tipo de uma contução de linguagem: Expeão de Tipo: tipo báico tipo etutuado: fomado ou fomado atavé da aplicação de um opeado de contução de tipo Expeõe de tipo 1. Um tipo báico é um expeão de tipo. Ex: boolean, cha, intege, eal, etc. Um tipo epecial, type_eo inaliza um eo duante checagem 2. Se tipo de expeõe podem te nome, um nome de tipo é uma expeão de tipo. Ex. Regito/tuct 3. Contutoe de tipo aplicado a tipo de expeõe ão expeõe de tipo Aay, ponteio 4. Expeõe de Tipo podem conte vaiávei cujo valoe ão expeõe de tipo 1
2 Contutoe de tipo 1. Aanjo: Se T é um expeão de tipo, então aay (I, T) é uma expeão de tipo. Ex: va A: aay[1..10] of intege; 2. Poduto: Se T1 e T2 ão expeõe de tipo, então o poduto cateiano T1 x T2 é uma expeão de tipo. 3. Regito: Um egito é fomado po campo com nome 4. Ponteio: Se T é uma expeão de tipo, então ponteio(t) epeenta o tipo elativo ao ponteio de um objeto de tipo T 5. Funçõe: Mapeamento de um tipo de domínio D em um intevalo de domínio R. Ex: function f(a, b: cha) : pointe to intege cha x cha -> pointe(intege) Repeentação Gáfica x pointe cha cha intege function f(a, b: cha) : pointe to intege Repeentação de tipo etutuado Checagem compilação v. execução tuct 1 { int lage1; hot int mall1; }; lage1 mall tuct 2 { int lage2 : 18; hot int mall2 : 10; }; lage2 mall Checagem dinâmica x etática Etática: em tempo de compilação Ante da execução ( paa toda a entada ) Compilado maio, etinge flexibilidade, meno expeiva Dinâmica: em tempo de execução Duante a execução ( com uma dada entada ) Pode e muito tade! Caa, ma mai flexível Rega emântica - declaação P -> D ; E D -> D ; D D -> id : T {addtype(id.enty, T.type) } T -> cha { T.type := cha } T -> intege { T.type := intege } T -> T 1 {T.type := pointe(t 1.type) } T aay [num] of T 1 Exemplo de checagem de Tipo Uma linguagem de Pogamação imple: Vaiávei ão definida ante de eem uada Semelhante a Pacal N :intege; N mod 1999 P -> D ; E D -> D ; D id : T T -> cha intege aay [ num ] of T T E -> liteal num id E mod E E [E] E 2
3 Rega emântica - declaação P -> D ; E D -> D ; D D -> id : T {addtype(id.enty, T.type) } T -> cha { T.type := cha } T -> intege { T.type := intege } T -> T 1 {T.type := pointe(t 1.type) } T aay [num] of T 1 { T.type := aay(1..num.val, T 1.tipo)} Veificação de Tipo de Expeõe E -> liteal { E.type := cha } E -> num { E.type := intege } E -> id { E.type := lookup(id.enty) } E -> E1 mod E2 { E.type := if E1.type == intege and E2.type = intege then intege ele type_eo} E -> E1 [E2] { E.type := if E2.type == intege and E1.type == aay(, t) then t ele type_eo } E -> E {E.type := if E1.type == pointe(t) then t ele type_eo } Conveõe Implícita Conveõe Implícita e Deempenho PRODUÇÃO E num E num.num E id E E 1 op E 2 REGRA SEMÂNTICA E.tipo := inteio E.tipo := eal E.tipo := pocua(id.entada) E.tipo := IF E 1.tipo = inteio e E 2.tipo = inteio THEN inteio ELSE IF E 1.tipo = eal e E 2.tipo = eal THEN eal ELSE IF E 1.tipo = eal e E 2.tipo = inteio THEN eal ELSE IF E 1.tipo = inteio e E 2.tipo = eal THEN eal OBS: Reolvida em tempo de compilação Pode melhoa tempo de execução Obevação de Bentley [1982] em Pacal Com X endo um aay de eai: fo i := 1 to n do X[i] := 1 Leva 48,4 x n mico-ecundo fo i := 1 to n do X[i] := 1.0 Leva 5,4 x n mico-ecundo Compiladoe inteligente convetem 1 paa 1.0 em tempo de compilação Supote à Execução Compiladoe Ambiente de upote à execução O Compilado gea código executável. Ma nem tudo etá conhecido ante que o pogama eja executado! Valoe de paâmeto e funçõe, Memóia dinamicamente alocada, Dependendo do númeo de chamada, qual endeeço ua paa acha o início de cada execução de um pocedimento? Etc... É pecio de um conjunto de otina (un-time uppot package) caegado junto com o código objeto geado 3
4 Pocedimento O comando ão oganizado em pocedimento: declaação com um nome aociado que ealiza uma dada taefa definição: nome vaiávei copo Pocedimento em ação (ativação) Fluxo de contole: execução eqüencial (eqüência de pao) começa no início do copo temina no final do copo tempo de vida: eqüência de pao executado chamada de pocedimento: devio de execução etona o contole paa o ponto imediatamente apó o ponto de chamada Exemplo: o Quickot Ávoe de Ativação pogam ot(input, output); va a : aay [0..10] of intege; pocedue eadaay; va i: intege; begin fo i:=1 to 9 do ead(a[i]); end; function patition(y, z: intege): intege; va i, j, x, v: intege; begin... end; pocedue quickot(m, n: intege); va i: intege; begin if ( n > m) then begin i:= patition(m, n); quickot(m, i-1); quickot(i+1, n); end; end; begin a[0] := -9999; a[10]:= 9999; eadaay; quickot(1, 9); end. Cada nó epeenta uma ativação de um pocedimento A aiz epeenta a ativação do pogama pincipal O nó de a é pai de b e e omente e o fluxo de contole muda de a paa b O nó de a etá à equeda de b e e omente e a vida de a ocoe ante de b Ávoe de ativação Ávoe de ativação execution begin execution begin 4
5 Ávoe de ativação Ávoe de ativação execution begin execution begin ente quickot(1, 9) q(1,9) Ávoe de ativação Ávoe de ativação execution begin ente quickot(1, 9) q(1,9) execution begin ente quickot(1, 9) leave patition(1,9) q(1,9) Ávoe de ativação Ávoe de ativação execution begin ente quickot(1, 9) leave patition(1,9) ente quickot(1,3) q(1,9) execution begin ente quickot(1, 9) leave patition(1,9) ente quickot(1,3)... leave quickot(5, 9) q(1,9) q(5,9) p(5,9) q(5,5) q(7,9) p(1,3) q(1,0) q(2,3) p(7,9) q(7,7) q(9,9) p(2,3) q(2,1) q(3,3) 5
6 Ávoe de ativação Ávoe de ativação execution begin ente quickot(1, 9) leave patition(1,9) ente quickot(1,3)... leave quickot(5, 9) leave quickot(1,9) q(1,9) q(5,9) p(5,9) q(5,5) q(7,9) p(1,3) q(1,0) q(2,3) p(7,9) q(7,7) q(9,9) p(2,3) q(2,1) q(3,3) execution begin ente quickot(1, 9) leave patition(1,9) ente quickot(1,3)... leave quickot(5, 9) leave quickot(1,9) execution teminated q(1,9) q(5,9) p(5,9) q(5,5) q(7,9) p(1,3) q(1,0) q(2,3) p(7,9) q(7,7) q(9,9) p(2,3) q(2,1) q(3,3) Pilha de contole Oganização de Memóia O fluxo de contole coeponde a uma buca em pofundidade na ávoe de ativação Ua-e uma pilha paa contola a ativaçõe de pocedimento ativo q(1,9) p(1,3) q(1,0) q(2,3) Como a memóia do pogama é amazenada? código objeto geado; epaço paa vaiávei globai Núcleo áea etática pilha paa ativação de pocedimento Pilha epaço paa memóia dinâmica (heap). HEAP Texto Alocação de memóia Alocação etática: eeva de memóia é feita duante a compilação, de foma etática. Tipo (ou compimento) do dado é conhecido em tempo de compilação Compimento não é modificado duante a execução do pogama Áea dado (SiOp) Pilha HEAP Texto Alocação de memóia Alocação dinâmica (HEAP): etutua de dado efeenciada atavé de ponteio, a áea também ão eevada dinamicamente. áea ão alocada e libeada, ob o contole do pogama alocada na áea de "heap", que cece no entido contáio ao da pilha. Áea dado (SiOp) Pilha HEAP Texto 6
7 Alocação de memóia Regito de Ativação Alocação em pilha (STACK): Áea paa dado locai de pocedimento (ubotina ou funçõe): devem e alocada dinamicamente. A alocação de epaço de memóia omente pode e ealizada em tempo de execução, poque a odem de chamada é deteminada pela execução do pogama. Áea ão alocada numa etutua em pilha de ativação de pocedimento Na pilha entam (e aem) egito de ativação. valo etonado paâmeto efetivo ponteio de contole ponteio de aceo etado da CPU vaiávei locai tempoáio podem e paado ou etonado em egitadoe (paa maio eficiência) aponta paa o egito de ativação da otina chamadoa aponta paa dado não-locai, amazenado em outo egito de ativação "pogam counte"e egitadoe Ob: pode-e ua egitadoe paa algun do campo! Ponteio de Aceo Código de Chamada fp p egito de ativação da otina chamadoa paâmeto e valoe etonado apontadoe de contole e etado da máquina vaiávei locai e tempoáio avaliado pela otina chamadoa alguma infomaçõe ão peenchida pela otina chamadoa áea uada pela otina chamada 2 ponteio: fame_pointe (fp): aponta paa o egito de ativação coente tack_pointe (p): topo da pilha de egito de ativação otina chamadoa: avalia o paâmeto efetivo e o coloca na pilha Regitadoe em uo pelo chamado ão alvo em memóia amazena o endeeço de etono e o valo antigo do fame_pointe no egito de ativação da otina chamada e atualiza o valo do fame_pointe; otina chamada: alva valoe de egitadoe e outa infomaçõe do etado da máquina; inicializa vaiávei locai e começa ua execução. Código de Retono Seqüência de chamada otina chamada: amazena o valo de etono logo apó o egito de ativação da otina chamadoa; etaua o apontado topo_a e o egitadoe da máquina e devia paa o endeeço de etono dento da otina chamadoa; valo etono e paâmeto Ponteio e Etado Tmp / dado locai Regito Ativação chamado otina chamadoa: copia o valo etonado no eu pópio egito de ativação Topo valo etono e paâmeto Ponteio e Etado Regito Ativação chamado Topo Tmp / dado locai 7
8 Seqüência de chamada Seqüência de etono valo etono e paâmeto Ponteio e Etado Tmp / dado locai valo etono e paâmeto Sob eponabilidade do chamado O chamado coloca um valo de etono no devido luga... Ou eja, logo depoi do egito do chamado! Recupea o antigo valo de topo no campo de etado E também o outo egitadoe... Devia paa o antigo PC Ponteio e Etado Topo Tmp / dado locai Sob eponabilidade do chamado Impotante: o chamado ainda pode acea o que etá acima de topo... Quetão: o que etá nete luga? Póxima aula... Fim do upote ao untime: Paagem de paâmeto Ecopo de vaiável Tabela de ímbolo com ecopo... 8
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