Linguagens Formais e Compilação (cod. 5387)

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1 Linguagens Formais e Compilação (cod. 5387) Departamento de Informática Universidade da Beira Interior Ano lectivo 2012/2013 Figura 1: Don t make your compiler complain Esta página no formato pdf 1

2 1 Novidades Defesa (e entrega) dos trabalhos: a partir das 9h00 na sala Segunda Frequência. Local: 6.2 e Entrega da primeira parte do trabalho adiada para a quinta-feira 9 de Maio as 9h00. Cada grupo é convidado a mostrar o estado actual do trabalho ao docente, marcação da data e hora por . Por forma a repor a aula teórica de segunda-feira 1 de Abril, haverá aula teórica quinta feira 4 de abril, das 14h00 às 16h00 na sala Alterações no horário das aulas. Consulte 10. As constituições de grupo devem ser comunicadas por ao regente da UC. Enunciado do trabalho disponível. Relembra-se a secção Fraude (ver 7.1.1) a todos os alunos... Inscrição em turmas práticas: via site dos serviços académicos. Como colocar uma dúvida ao regente da Unidade Curricular? 1. Comparecer nas aulas e colocá-la directamente ao regente 2. Comparecer no horário de atendimento do regente e colocá-la directamente 3. enviar um ao regente ([email protected], (retire os UUU) ) com o assunto LFC: XXXX em que XXX é o título da dúvida em questão. Qualquer outro formato no assunto arrisca condenar o ao esquecimento. Conteúdo 1 Novidades 2 2

3 2 Equipa Docente 3 3 Objectivos 3 4 Competências por Adquirir 5 5 Programa 6 6 Metodologia de Ensino 6 7 Critérios de Avaliação Avaliação da Componente Prática Fraudes Avaliação da Componente Teórica Exame Datas importantes Notas Mínimas Nota Final Material Pedagógico Teóricas Práticas Algumas soluções Material Suplementar Referências Bibliográficas Horário Atendimento 11 2 Equipa Docente Simão Melo de Sousa (regente) - Gabinete Laboratório Bloco VI. 3

4 3 Objectivos Esta disciplina apresenta as principais fases da construção dum compilador, isto é, um programa que transforma uma sequência de caracteres, representando um programa, numa sequência de instruções máquina que poderão ser executadas com a finalidade de produzir o resultado do programa original. A construção dum compilador envolve a utilização de vários métodos e ferramentas de análise léxica e sintáctica. A aprendizagem do funcionamento de tais análises constitui uma parte importante desta disciplina. As linguagens de programação modernas de alto nível propõem uma detecção precoce dos erros graças a uma análise semântica, cada vez mais complexa e poderosa, muitas vezes sob a forma dum controlo de tipos. A última fase da compilação é a geração de código que é realizada em várias etapas que correspondem a tradução para várias linguagens intermédias antes de se concluir pela produção de código executável. Estudaremos mais particularmente a organização da memória para a gestão das chamadas de procedimentos. Esta apresentação assenta sobre resultados da teoria das linguagens formais(autómatos finitos, expressões regulares, gramáticas, em particular gramáticas livres de contexto, autómatos de pilha, etc...), à qual daremos uma curta introdução. Assim os objectivos genéricos desta disciplina são a apresentação e estudo de metodologias, técnicas e ferramentas para o desenvolvimento processadores de linguagens e de compiladores. Em particular pretende-se: Introduzir a noção de linguagem e caracterizar o conceito de processamento de linguagens formais, estabelecendo os objectivos, as tarefas dum processador, as exigências que lhe são impostas e as técnicas de desenvolvimento (face às restrições e à complexidade do problema). Introduzir os conceitos de gramática e de autómato, a sua teoria e a sua aplicação ao desenvolvimento de Processadores de Linguagens. Introduzir formalismos para especificação da sintaxe e da semântica das linguagens e estudar a implementação dos analisadores que se podem derivar desses formalismos. Desenvolver capacidades de tradução de textos escritos em linguagens distintas, utilizando métodos de análise e de síntese mais usados pelos compiladores. 4

5 Introduzir os processos, ferramentas, algoritmos e estruturas de dados mais utilizados na tradução, na análise e na compilação. Para quê estudar os Processos de Compilação? Em primeiro porque é interessante e formador! Porque as técnicas de processamento de linguagens e de construção de compiladores têm aplicações fortes em muitas áreas da informática, e não só em construção de compiladores. Através do estudo da compilação, tentaremos mostrar o quão úteis para a informática em geral são as técnicas e as ferramentas oriundas deste estudo assim como procuraremos perceber as características das linguagens de programação. De facto um compilador é um programa de tamanho importante que é necessário bem estruturar. Este deve ser também eficiente e é importante que esteja isento de erro. Ser capaz de escrever um compilador é assim uma competência desafio para qualquer programador que se quer exímio. Agradecimentos O regente da disciplina gostaria de agradecer à Professora Doutora Christine Paulin-Mohring (LRI - Paris Sud, França) por lhe ter facultado a sebenta intitulada Cours de Compilation de que é autora e por lhe permitido um uso livre e intensivo desta última. O regente gostaria de agradecer igualmente o Professor Doutor Jean- Christophe Filliâtre (LRI - Paris Sud / CNRS, França) pelo apoio prestado na componente prática desta UC. 4 Competências por Adquirir Os estudantes deverão adquirir as seguintes competências: Conceber, planear, desenhar e implementar em software processadores de linguagens artificiais e de informação especificada textualmente segundo determinadas regras lexicais e sintácticas; Conceber e implementar em software as várias etapas relacionadas com compiladores, nomeadamente: 5

6 expressões regulares e autómatos finitos; analisadores sintácticos e semânticos; analisadores semânticos; optimizações de código; geradores de código para processadores ou para máquinas virtuais; 5 Programa 1. Introdução: o problema, o contexto, o processamento de linguagens na informática, a arquitectura dum compilador. 2. Processamento de Linguagens análise léxica, autómatos finitos, gramáticas e expressões regulares. Processamento de linguagens regulares. análise sintáctica: Autómatos de pilha, gramáticas algébricas, análise descendente e análise ascendente. analise semântica: gramáticas de atributo, tabelas dos símbolos, inferência e verificação de tipos. 3. Geração de Código geração de código intermédio analise e optimização de código geração de código máquina 6 Metodologia de Ensino As aulas presenciais são divididas em duas categorias Aulas Teóricas onde são expostos os conceitos teóricos, os algoritmos mas também as tecnologias capacitativas, próprios à construção de um compilador. Aulas Práticas com aplicação das técnicas de compilação na construção de compiladores para linguagens de programação simples e para arquitecturas simples. 6

7 7 Critérios de Avaliação A avaliação tenta qualificar e quantificar a aprendizagem e a aquisição de competência e de conhecimentos do aluno inscrito. Nesta unidade curricular esta avaliação é dividida em duas partes: a avaliação prática e a avaliação teórica. Listamos a seguir as diferentes componentes da avaliação. 7.1 Avaliação da Componente Prática Esta avaliação mede em termos práticos a aquisição dos conceitos expostos. Como tal é baseada na realização, durante o semestre lectivo, de um trabalho realizado em grupo e entregue à equipa docente. Este trabalho será dividido em duas partes, dando ambas origem a uma defesa. Ambas as partes carecem da entrega dum relatório em L A TEX e dum arquivos comprimido com os ficheiros fontes que constituí a implementação realizada assim como de um makefile permitindo a compilação completa. Esta avaliação resultará na atribuição da Nota da Componente Prática (NCP). Esta nota é calculada como a média das notas atribuídas às duas partes do trabalho Fraudes A equipa docente gostaria de realçar que qualquer tipo de fraude em qualquer dos itens desta disciplina implica a reprovação automática do aluno faltoso, podendo ainda vir a ser alvo de processo disciplinar. 7.2 Avaliação da Componente Teórica A avaliação da aquisição de conceitos teóricos é baseado em provas escritas, nomeadamente aqui duas frequências. Esta avaliação resultará na atribuição da Nota da Componente Teórica (NCT) e será calculada como a média das notas atribuídas às duas frequências Exame O resultado do exame só irá incidir na NCT. 7

8 O aluno admitido a exame mas reprovado na avaliação contínua poderá tentar uma nova atribuição da NCT. O aluno aprovado na avaliação contínua poderá melhorar a sua NCT Datas importantes Primeira frequência: 18 de Abril Segunda frequência: 6 de Junho Entrega da primeira parte do trabalho: 26 Abril Defesa da primeira parte do trabalho: Por definir Entrega da segunda parte do trabalho: 7 de Junho Defesa da segunda parte do trabalho: Por definir exame primeira chamada: (conferir nos académicos) exame segunda chamada: (conferir nos académicos) exame época especial: (conferir nos académicos) 7.3 Notas Mínimas Será igualmente instaurado um regime de notas mínimas como critério de validação da nota final. Esses mínimos são: 6 valores (em 20) para a NCP 6 valores (em 20) para a NCT Uma nota abaixo desses valores implica reprovação à disciplina (Não Admitido a Exame). 8

9 7.4 Nota Final Os mínimos são os mínimos afixados por regulamento e são válidas individualmente para cada parte (NCT e NCP). Assim a nota final da disciplina é determinada de acordo coma seguinte fórmula: onde NF = se (NCT 6) e (NCP 6) então NCP +NCT 2 senão Reprovado NF = Nota Final (20 valores) NCT = Nota da Componente Teórica (20 valores) NCP = Nota da Componente Prática (20 valores) 8 Material Pedagógico Acetatos e sebenta distribuídos nas aulas. 8.1 Teóricas Capítulo: Introdução Capítulo: Analises sintácticas descendentes Capítulo: Analises sintácticas ascendentes Capítulo: Árvores de sintaxe abstracta Capítulo: Analise semântica Capítulo: Analise semântica - Complementar Capítulo: Sistemas de tipos - Complementar Capítulo: Geração de código Capítulo: Tutorial MIPS Capítulo: Geração de código (versão antiga - compilação para uma stack based virtual machine) - Complementar Capítulo: Geração de código - um exemple de uma stack based virtual machine - Complementar 9

10 8.2 Práticas Para quem necessitar uma actualização em programação OCaml, encontrará aqui uma introdução à programação funcional em OCaml. Ficha : Introdução à analise sintáctica com yacc/menhir Ficha teórico-prática - Aplicação das linguagens formais à construção de analisadores, análises descendentes, ascendentes, análises semânticas, sistemas de tipo. Ficha prática - Introdução à analise léxica, construção de lexer, parser com lex/yacc/menhir, analisadores de tipos, analisadores semânticos. Ficha: Introdução à construção de compiladores - a linguagem artih Algumas soluções solução de alguns exercícios de analise léxica em ocaml (parte 1) solução de alguns exercícios de analise léxica em ocaml (parte 2) Exemplo de uma pequena calculadora feita de raíz com base em processamento de listas. um htmlizer para Caml feito em ocamllex Resolução completa: sistema de gestão de notas compilador e interpretador completo da linguagem arith com target a máquina virtual VM Uma frequência resolvida Resolução de exercício sobre analises LL(1) Arquivo com provas de anos anteriores (contém algumas resoluções). ZIP com exemplos de programas MIPS ZIP com o código do compilador arith para MIPS *por completar* ZIP com o código do compilador arith para MIPS *completo* ZIP com o código do compilador arith para MIPS *completo* alternativo (com typechecking) 8.3 Material Suplementar Enunciado do trabalho. 9 Referências Bibliográficas As referências principais são: [4, 6, 1] 10

11 As restantes referências listadas em fim de documento são de consulta alternativa ou ocasional. 10 Horário Tipo de aula Horário Sala Teórica Segunda-Feira das 9h00 às 11h Práticas Laboratoriais 1 Quinta-Feira das 11h00 às 13h Práticas Laboratoriais 2 Quint-Feira das 9h00 às 11h Atendimento Referências Horário Sexta-Feira das 9h00 às 11h00 [1] A. V. Aho, R. Sethi, and J. D. Ullman. Compilers: Principles, Techniques, and Tools. Addison-Wesley, [2] A. W. Appel. Modern Compiler Implementation in C. Cambridge University Press, [3] A. W. Appel. Modern Compiler Implementation in Java. Cambridge University Press, Cambridge, [4] A. W. Appel. Modern Compiler Implementation in ML. Cambridge University Press, [5] D. Bagley. The great computer language shootout. [6] E. Chailloux, P. Manoury, and B. Pagano. Developing applications with objective caml [7] G. Cousineau and M. Mauny. The functional approach to programming. Cambridge University Press,

12 [8] C. J.H. Jacobs, K. G. Langendoen, D. Grune, and H. E. Bal. Modern Compiler Design. Wiley, [9] X. Leroy and P. Weis. Le Language Caml. iia, Inter Edition, [10] X. Leroy and P. Weis. Manuel de Référence du Language Caml. iia, Inter Edition, [11] J. R. Levine, T. Masson, and D. Brown. Lex & Yacc. Unix Programming Tool. O Reilly, [12] J. Mitchell. Foundation for Programming Languages. Foundations of Computing, MIT Press, [13] S. Muchnick. Advanced Compiler Design and Implementation. Morgan Kauffman, [14] F. Nielson, H. R. Nielson, and C. L. Hankin. Principles of Program Analysis. Springer-Verlag, [15] H. R. Nielson and F. Nielson. Semantics with Applications. John Wiley & Sons, Chichester, [16] OCaml Development Team. The Objective Caml system:documentation and user s manual, [17] R. Wilhelm and D. Maurer. Compiler Design. Addison Wesley, [18] G. Winskel. The Formal Semantics of Programming Languages: An Introduction. Foundations of Computing series. MIT Press, Cambridge, Massachusetts, February Enviar comentários e dúvidas para (retire os UUU) : [email protected] 12