SEMÂNTICA 02/09/2013. Conceitos de LPs - Semântica

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ CURSO: CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO DISCIPLINA: CONCEITOS DE LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO DOCENTE: ROGÉRIO VARGAS DISCENTE: MARIANNA NOVAES Semântica

2 SEMÂNTICA Semântica é a área de estudo de ciência da computação que se preocupa em especificar o significado (ou comportamento) de programas de computador e partes de hardware. Semântica descreve o significado das expressões, das instruções e das unidades de programas. 2

3 SEMÂNTICA A semântica contrapõe-se à sintaxe, apesar de estarem estritamente relacionados. Estudo do significado. Forma como as instruções de uma linguagem são escritas. 3

4 SEMÂNTICA Exemplos: Instrução while em C. Sintaxe: while(<exp>){ <instrução> } Significado: enquanto o valor atual de <exp> for verdadeiro executa <instrução>. Instrução if em C. Sintaxe: if(<exp>){ <instrução> } Semântica: se o valor atual de <exp> for verdadeiro executa <instrução>. 4

5 SEMÂNTICA Objetivo Descrever o significado das estruturas do programa expresso na sua sintaxe. Razões para descrever a semântica: Saber precisamente o que as instruções de uma linguagem fazem. As provas de exatidão do programa recorrem a descrição formal da semântica da linguagem. 5

6 SEMÂNTICA Aplicações Provar a exatidão de programas; Verificar a equivalência semântica; Auxiliar a criação do projeto da linguagem; Criar compiladores. 6

7 TIPOS DE SEMÂNTICA As regras semânticas são classificadas em: Semântica Dinâmica Operacional Denotacional Axiomática Semântica Estática Algébrica De ações 7

8 TIPOS DE SEMÂNTICA Semântica Dinâmica: Descreve o efeito da execução das diferentes construções da linguagem. Exemplo O índice de um array está dentro do limite correto. Variáveis nunca são utilizadas antes de serem inicializadas. Divisão por zero. 8

9 TIPOS DE SEMÂNTICA Semântica Estática: Descreve as características de uma programa válido. Exemplo Todo identificador deve ser declarado antes de ser usado. Os parâmetros utilizados na chamada de uma função tem o tipo correto. 9

10 SEMÂNTICA DINÂMICA OPERACIONAL Descreve o significado de um programa ao executar as instruções em uma máquina, seja ela real ou simulada. As mudanças no estado da máquina (memória, registradores, etc.) definem o significado da instrução. Depende de algoritmos, não da matemática. Avaliação: Bom se usado informalmente (manuais da linguagem, etc.) Extremamente complexa se usada formalmente (Ex. VDL) 10

11 SEMÂNTICA DINÂMICA OPERACIONAL Exemplo: a semântica da construção do for em C Em C for(exp1 ; exp2 ; exp3){ <inst> } Em Sem. Operacional exp1; loop: if exp2=0 goto out <inst> exp3 goto loop out:... 11

12 SEMÂNTICA DINÂMICA DENOTACIONAL É o método mais rigoroso, bastante conhecido para descrever o significado de programas. O método mais abstrato de descrição da semântica. Baseia-se solidamente na teoria de funções recursivas. 12

13 SEMÂNTICA DINÂMICA DENOTACIONAL Avaliação: Pode ser usada para provar a correção de um programa; Fornece um meio rigoroso para se pensar sobre o programa; Devido à complexidade pouco usada por usuários da linguagem. 13

14 SEMÂNTICA DINÂMICA AXIOMÁTICA Foi desenvolvida para provar a exatidão dos programas. Em uma prova, cada instrução tanto é precedida como seguida de uma expressão lógica que especifica restrições às variáveis. As expressões lógicas são chamadas de predicados ou asserções. Baseada em Lógica de Predicados. 14

15 SEMÂNTICA DINÂMICA AXIOMÁTICA Pré-condição: asserções (expressões lógicas) que precedem uma instrução, impondo restrições às variáveis naquele ponto do programa; Pós-condição: asserção que segue imediatamente a uma instrução e descreve as novas restrições a essas variáveis (e possivelmente a outras) depois da execução da instrução. 15

16 SEMÂNTICA DINÂMICA AXIOMÁTICA Exemplo: soma = 2*x + 1 {soma >1} Pós-condição: {soma >1} Uma pré-condição possível é: {x > 10} 16

17 SEMÂNTICA DINÂMICA AXIOMÁTICA A pré-condição mais fraca é a menos restritiva que garantirá a validade da pós-condição associada. Exemplo soma = 2*x + 1 {soma > 1} Nesse exemplo existem várias pré-condições possíveis {x>10}, {x>100}, {x>1000} Entretanto, a mais fraca de todas as pré-condições, nesse caso, é {x>0} 17

18 SEMÂNTICA DINÂMICA AXIOMÁTICA Avaliação: Desenvolver axiomas ou regras de inferência para todas as instruções de uma linguagem é difícil; É uma boa ferramenta para executar provas de exatidão de programas; É bastante útil para descrever o significado das linguagens de programação. 18

19 SEMÂNTICA ESTÁTICA Em resumo pode-se entender Semântica Estática como o conjunto de restrições que determinam se programas sintaticamente corretos são válidos. Compreende checagem de tipos, análise de escopo de declarações, checagem de número e tipo de parâmetros de funções/procedimentos. 19

20 SEMÂNTICA ESTÁTICA Exemplo: Todo identificador deve ser declarado antes de ser usado. Os parâmetros utilizados na chamada de uma função tem o tipo correto. 20

21 SEMÂNTICA ESTÁTICA ALGÉBRICA Tem seus fundamentos na Álgebra Abstrata, define propriedades e operações sobre determinados objetos de uma mesma categoria. O método consiste em especificar, inicialmente, tipos abstratos de dados e suas propriedades. 21

22 SEMÂNTICA ESTÁTICA ALGÉBRICA Os tipos recebem o nome de sorts, que são especificações contendo duas partes: as assinaturas, descrevendo os operadores e construtores definidos para este sort as equações, ou seja, as operações em si, descrevendo as propriedades lógicas dos objetos. 22

23 SEMÂNTICA ESTÁTICA DE AÇÕES Formalismo para definição de linguagens de programação. Define um mapeamento da sintaxe do programa para o seu significado. Significado de programa é dado através da notação de ações. 23

24 SEMÂNTICA ESTÁTICA DE AÇÕES Biblioteca que descreve os principais conceitos encontrados em linguagens de programação que foram estudados nesse curso (valores, bindings, memória, etc.) Operadores que manipulam os mesmos conceitos são agrupados em facetas. 24

25 SEMÂNTICA ESTÁTICA DE AÇÕES Uma ação é uma entidade que pode ser executada. Quando uma ação é executada ela pode: Terminar com sucesso Terminar com um erro Gerar uma exceção (escape) Não-terminar (executar para sempre) Durante a execução de uma ação ela produz e consome vários tipos de informação: (transientes, bindings, memória, etc.) 25

26 REFERÊNCIAS SEBESTA, ROBERT W. Conceitos de Linguagens de programação. 5ª ed. Editora Bookman p. _1.pdf apr.pdf Slides dos semestres passado. 26