Compiladores Ciência e Tecnologia da Computação Engenharia Informática e de Computadores

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1 Compiladores Ciência e Tecnologia da Computação Engenharia Informática e de Computadores Análise Semântica Universidade dos Açores Departamento de Matemática Análise semântica 3ª etapa do processamento de programas e última etapa da fase de análise (frontend). Identifica restantes erros de programação (excepto de concepção e execução): variável não inicializada/ declarada, inconsistência de tipos nas expressões, invocação com falta de argumentos, declarações múltiplas/inconsistentes para mesmo identificador relações de herança e métodos com múltiplas definições na mesma classe (POO) Árvore Sintáctica Analisador semântico Árvore decorada Gerador de código intermédio 2008/09 Compiladores 2

2 Análise semântica Utiliza extensões das GIC usadas na análise sintáctica Atributos Regras ou acções semânticas Os atributos são associados aos símbolos gramaticais e representam propriedades desses símbolos (tipos de variáveis, valores constantes e expressões, endereços de variáveis, endereços de procedimentos e funções, ) As regras semânticas descrevem cálculos ou outras acções. Muitas vezes, surgem no fim das produções 2008/09 Compiladores 3 Gramáticas de atributos Gramáticas independentes de contexto Produções são enriquecidas com regras semânticas Símbolos (terminais e variáveis) têm atributos associados Cada símbolo pode ter vários atributos Os terminais obtêm os seus atributos do analisador léxico (valor de uma constante, de uma variável, ) As regras semânticas permitem traduzir o programa fonte numa representação intermédia. 2008/09 Compiladores 4

3 Gramáticas de atributos Definição Uma gramática de atributos ou atributiva consiste em: uma gramática independente de contexto G=<V T,V N,S,P> para cada X V T V N, um conjunto finito de atributos sintetizados, denotado por S(X) um conjunto finito de atributos herdados, denotado por I(X) A(X)=S(X) I(X)= I(S)= x V T S(x)= 2008/09 Compiladores 5 Gramáticas de atributos A cada (X 0 X 1 X n ) P, para todo a S(X 0 ) e para todo a I(X i ), existe um conjunto de regras semânticas da forma a ( X ) = f ( b ( X ),..., b ( X i i 1 k i onde 0 i n e i 1, i k n a, b 1,, b k são atributos. f : Db... Db D 1 k a a A(X i ), b 1 A(X i1 ),, b k A(X ik ) se a é atributo sintetizado, i=0 se a é atributo herdado, 1 i n 1 k )) 2008/09 Compiladores 6

4 Gramáticas de atributos D a denota o domínio de valores do atributo a. Cada atributo tem um identificador e um domínio. O identificador representa-se por símbolo da gramática. identificador 2008/09 Compiladores 7 Gramáticas de atributos O mesmo atributo pode estar associado a diferentes variáveis/terminais Cada variáve/terminall pode ter vários atributos Os terminais obtêm os seus atributos a partir do analisador léxico As acções são fragmentos de código associados às produções 2008/09 Compiladores 8

5 Gramáticas de atributos Sejam G uma gramática de atributos, w L(G) e t uma árvore de derivação S + w. Num nó n de t etiquetado por X V T V N diz-se que a A(X) é ocorrência ou instância de um atributo em t. 2008/09 Compiladores 9 Grafo de dependência local As regras semânticas definem dependências entre os atributos dos símbolos. Essas dependências podem-se representar graficamente através de um grafo (de dependências) orientado, onde os vértices são os atributos e as arestas as dependências A aresta <X.a,Y.b> indica que Y.b depende de X.a 2008/09 Compiladores 10

6 Avaliação de atributos Sejam G uma gramática de atributos, w L(G). A árvore de sintaxe decorada (ou anotada) ou árvore semântica é a árvore de derivação S + w com os nós decorados (anotados) com o valor dos atributos. As regras semânticas associadas a uma produção originam um sistema de equações. 2008/09 Compiladores 11 Avaliação de atributos Uma gramática de atributos diz-se circular se tiver um sistema de equações sem solução ou com várias soluções. Caso contrário, diz-se não circular ou bem formada A determinação da circularidade de uma gramática de atributos é um problema com complexidade exponencial. Iremos considerar apenas gramáticas não circulares. 2008/09 Compiladores 12

7 Avaliação de atributos É feita nas regras semânticas As regras só podem ser executadas quando todos os atributos de que dependem estiverem calculados 2008/09 Compiladores 13 Avaliação de atributos Algoritmo de avaliação de um atributo num nó da árvore decorada [Crespo] 1. se o atributo a 0 no nó n 0 for sintetizado eval(a 0.n 0 )=f(eval(b 1.n 01 ),, eval(b k.n 0k )), onde b j.n 0j representa a ocorrência do atributo b j no nó descendente n 0j. 2. se o atributo a 0 no nó n 0 for herdado identificar o nó ascendente u i e os irmãos s i eval(a 0.n i )=f(eval(b 1.n i1 ),, eval(b k.n ik )), onde b j.n ij representa a ocorrência do atributo b j no nó ascendente ou nos nós irmãos ou nos nós descendentes. 2008/09 Compiladores 14

8 Avaliação de atributos Sintetizados : primeiro são avaliados os atributos dos descendentes Herdados: primeiro são avaliados os atributos dos ascendentes A não circularidade da gramática garante a terminação do algoritmo. 2008/09 Compiladores 15 Gramática de atributos tipo S Todos os atributos são sintetizados. Facilidade de cálculo dos atributos num único passo durante a análise sintáctica ascendente. Avaliação dos atributos pode ser feita nas reduções do analisador sintáctico. É necessário estender a pilha com os valores semânticos. 2008/09 Compiladores 16

9 Gramáticas de atributos tipo L Cada atributo de um símbolo do lado direito depende dos atributos dos atributos dos símbolos que se encontram à sua esquerda ou de atributos da variável do lado esquerdo. Se o analisador sintáctico for ascendente, os atributos herdados não podem ser avaliados durante a análise sintáctica (ie. numa única passagem). Por vezes, é possível eliminar os atributos herdados. Contudo, não existe um método para eliminar os atributos herdados que mantenha a mesma linguagem e a mesma semântica. 2008/09 Compiladores 17 Tradução Para além do reconhecimento sintáctico, um dos objectivos dos compiladores é a tradução de texto para outra linguagem. Tradução da linguagem L i para a linguagem L j éuma função T:L i L j. Estratégias para implementação da tradução Orientada pela sintaxe Orientada pela semântica 2008/09 Compiladores 18

10 Tradução orientada pela sintaxe As palavras do texto de saída são construídas à medida que são efectuadas as derivações baseada nas produções. Gramática tradutora é uma GIC na qual os símbolos terminais se dividem em símbolos de entrada e símbolos de acções. Os símbolos de acções representam-se entre chavetas. 2008/09 Compiladores 19 Tradução orientada pela sintaxe Gramática de entrada (resp. de acções) é obtida eliminando das produções os símbolos de acções (resp. de entrada). A linguagem aceite (resp. gerada) por uma gramática tradutora é a linguagem gerada pela gramática de entrada (resp. de acções) 2008/09 Compiladores 20

11 Tradução orientada pela semântica Mais potente do que a tradução orientada pela sintaxe. É baseada nos símbolos das regras e nos respectivos valores dos atributos. A definição de gramática tradutora é a mesma mas agora as acções incluem o acesso a valores de atributos. 2008/09 Compiladores 21 Tabela de símboloss Conceito chave na compilação. Armazenam os nomes das variáveis, dos tipos, das classes e outras estruturas de programação. Tabela de símbolos Geralmente, todas as fases da compilação necessitam da tabela de símbolos para criar novas entradas, adicionar informação às entradas existentes e consultar informação. Programa fonte (cadeia de caracteres) Analisador léxico Cadeia de tokens Analisador sintáctico Árvore sintáctica Analisador semântico Representação intermédia Gerador de código Programa alvo 2008/09 Compiladores (código assembly) 22

12 Tabela de símboloss A tabela de símbolos é uma estrutura de dados que armazena para cada identificador todos os elementos informativos (atributos): Nome (geralmente é a chave) Tipo Alcance Local, global, modificável Endereço de memória onde se situa a entidade representada pelo identificador (variável, procedimento, função, etc.) 2008/09 Compiladores 23 Tabela de símboloss Contém um registo para cada identificador com os campos contendo os respectivos atributos. Deve ser uma estrutura que permita armazenamento/alteração dos dados e pesquisa eficiente. 2008/09 Compiladores 24

13 Tabela de símboloss Tabela de símbolos com um nível têm apenas um único nível de acesso para as variáveis. usadas em linguagens que têm apenas variáveis globais. Tabela de símbolos multinível usadas em linguagens com estruturas de bloco, para guardar a informação do alcance dos nomes. 2008/09 Compiladores 25 Tabela de símbolos s com um níveln O analisador léxico pode criar as entradas na tabela. Suporta as seguintes operações: add(x) criar nova entrada com nome x lookup(x) retorna a posição na tabela contendo o nome x, ou a indicação de que não existe. delete(x) retira nome x da tabela. 2008/09 Compiladores 26

14 Tabela de símbolos s multinível A estrutura da tabela reflecte o aninhamento dos blocos. O mesmo identificador para uma variável pode ter significados diferentes em locais diferentes. Pode ser criada uma tabela (individual) de símbolos para cada alcance ou uma tabela (global) de símbolos com indicação do alcance de cada símbolo. A hieraquia de níveis deriva do encandeamento de alcances. 2008/09 Compiladores 27 Tabela de símbolos s multinível Deverá suportar as seguintes operações: create_scope(parent_scope) cria novo nível embutido no nível parent_scope, retornando a respectiva referência. insert(scope,x) coloca nome x no nível scope lookup(x) procura nome x, começando no alcance mais próximo. Retorna a posição na tabela contendo o nome x, ou a indicação de que não existe. Lookup_last(x) procura nome x no alcance mais próximo. delete_scope(scope) retira nível correspondente ao alcance scope. 2008/09 Compiladores 28

15 Tabela de símbolos s multinível Pode ser implementada através de tabelas de símbolos individuais para cada alcance. A pesquisa é feita mediante o uso de uma pilha de tabelas de identificadores. Sempre que se inicia um novo bloco, o endereço da nova tabela de identificadores é inserido no topo da pilha de tabelas. Acesso é feito começando pelo topo da pilha. Quando a análise de um bloco termina, o respectivo endereço para a tabela de símbolos é retirado da pilha Muitas vezes, os compiladores limitam o aninhamento de blocos a uma dezena. 2008/09 Compiladores 29 Tabela de símbolos s multinível Pode ser implementada através de uma única tabela de símbolos. Para diferenciar o uso do mesmo identificador para variáveis diferentes, é associado a cada identificador o número de alcance. Os números de alcance possuem o formato xx.yy, onde. representa um subbloco. A pesquisa é feita simultaneamente pelo identificador e alcance. 2008/09 Compiladores 30

16 Implementação da Tabela de símboloss Pode ser implementada recorrendo a: Tabelas de dispersão Árvores binárias (de pesquisa) Listas ligadas (ordenadas, não ordenadas) 2008/09 Compiladores 31 Listas ligadas 2008/09 Compiladores 32

17 Àrvores binárias de pesquisa 2008/09 Compiladores 33 Tabelas ou dicionários Estrutura de dados que armazena um conjunto finito de registos Cada registo é um par de valores: Chave identifica univocamente o elemento em relação aos restantes Valor do elemento informação que se pretende armazenar. 2008/09 Compiladores 34

18 Tabelas ou dicionários 2008/09 Compiladores 35 Tabelas de dispersão Uma tabela de dispersão é uma implementação do TDA tabela que usa a chave para calcular a posição onde o elemento deve ser inserido. Recorre a uma função (de dispersão) que relaciona o domínio do tipo da chave e o contradomínio definido pelo conjunto de endereços da estrutura de dados. Uma função de dispersão perfeita associa a cada chave uma posição diferente para inserir o elemento. 2008/09 Compiladores 36

19 Tabela de dispersão Método de dispersão por divisão h(k) = ord(k) mod N, onde N é a dimensão do vector Muitas vezes, a função de dispersão não é injectiva: retorna o mesmo endereço para identificadores distintos. Diz-se que ocorreu uma Colisão. É necessário: Escolher uma função de dispersão que seja fácil de calcular e que proceda a uma dispersão o mais uniforme possível Resolver as potenciais colisões 2008/09 Compiladores 37 Resolução de colisões Endereçamento fechado elementos cuja chave devolve o mesmo valor de dispersão são armazenados numa lista. Endereçamento aberto as chaves que são enviadas para o mesmo endereço são reenviadas para uma posição livre (aberta) Precisa de outra função que permita encontrar posições alternativas função de pesquisa. 2008/09 Compiladores 38

20 Principais técnicas t de reendereçamento Método de pesquisa linear (linear probing) h i (k,i)=(h(k)+i) mod N Método de pesquisa quadrática h i (k,i)=(h(k)+i 2 ) mod N Método de pesquisa com dispersão dupla h i (k,i)=(h(k)+i.h 1 (k)) mod N, onde h 1 é a segunda função de dispersão. 2008/09 Compiladores 39 Compiladores de linguagens de programação imperativas recorrem às tabelas de dispersão Compiladores de linguagens de programação funcionais recorrem às árvores binárias de pesquisa 2008/09 Compiladores 40